Ru掺杂对Pt(111)面CO覆盖度影响的理论研究

摘要

甲醇燃料电池是一种可将甲醇化学能直接转化为电能的洁净环保器件,具有反应物来源广泛、可低温启动和结构简易等优点,但开发具有高催化活性和抗CO毒化的甲醇电氧化Pt基催化剂仍是该领域的主要研究热点。然而,Pt基催化剂存在易于吸附甲醇氧化的含氧活性中间体(CO)进而导致催化剂快速失活问题。实验研究发现Ru掺杂能够降低CO的覆盖度,从而提高其催化稳定性。基于此,文章通过密度泛函理论(DFT)研究了Ru掺杂提高Pt催化剂稳定性的原因。计算结果显示,Ru掺杂不会影响CO的吸附能,因此Ru助剂的掺杂不能促进CO的脱附。然而,Ru助剂能够降低CO转化(OH-+CO*→COOH*+e-)的活化能,降低其在Pt基催化剂的覆盖度,从而获得稳定性更高的催化剂。总体来说,Ru的掺杂能够使Pt核外电子富集,从而使催化剂表面的d带中心向费米能级偏移。Ru掺杂不仅改变了CO反应的速控步骤,同时有利于降低CO的覆盖度。