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Subject: search.filters.subject.氧氣還原反應

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    雙金屬觸媒FePt之高面相結構對燃料電池陰極材料氧氣還原反應之電催化特性
    (2011) 鄭敬哲; Ching-Che Cheng
    本篇主旨為合成樹枝狀(dendrite)結構的奈米鐵鉑合金粒子，應用於燃料電池陰極觸媒，並藉此結構之粒子表面具有高面相{311}的組成，來增進氧氣還原反應的催化效果。此外，亦由HR-TEM影像來佐證形成樹枝狀奈米鐵鉑合金之機制。 為了証明高面相是否為影響催化的因素，吾人亦合成了表面由{111}和{100}面所組成的球狀(Icosahedron)、方塊狀(Cube)的奈米鐵鉑粒子，來和表面具有{311}面的樹枝狀奈米鐵鉑粒子比較其催化效果。根據結果顯示，在這四組不同的觸媒中，樹枝狀結構之奈米鐵鉑粒子在活性電位上有最少的損耗，並且與E-TEK Pt/C相比，其mass activity提升了213%。此外，活性大小的順序為FePt-Dendrite/C> FePt-Cube/C> FePt-Icosahedron/C> E-TEK Pt/C)，表示具有高面相的觸媒的確可增進氧氣還原反應的催化效果。最後輔以密度泛函理論計算，從氧氣在FePt不同面相上的Binding energy來解釋觸媒在電化學反應上所觀察到的現象。
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    雙金屬合金觸媒PdxFe1-x其結構對燃料電池陰極氧氣還原反應之電催化活性
    (2010) 吳禹函; Yu-Han, Wu
    　　本篇主旨在利用不同方法合成出13nm、7nm及4nm之PdxFe1-x奈米粒子，做為燃料電池陰極觸媒，成本較傳統市售的白金觸媒來的低，並調控Pd及Fe的組成比例，由XRD、TEM、EDS與XAS中的XANES及EXAFS來鑑定奈米粒子之結構及表面組成，並進行電化學分析，利用旋轉電極測量其對氧氣還原反應的催化活性，探討PdxFe1-x的電催化特性與其結構間的關係，發現4nm之PdxFe1-x奈米粒子擁有較佳的催化效果，根據結果顯示，隨著奈米粒子之粒徑趨於變大，則氧氣還原反應的onset potential將向負偏移，而Fe及Pd的表面組成比越趨近於一比一，則mass activity越大，表是吾人利用水相合成出ultra small且表面組成比為一比一的PdxFe1-x/C奈米粒子在燃料電池陰極氧氣還原反應擁有良好的催化特性。
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    雙金屬FePt奈米粒子以化學法去合金機制並探討其觸媒結構變化過程中的氧氣還原反應
    (2009) 何婉鈺
    本篇旨在研究觸媒結構與電催化活性的關係，作為陰極觸媒之FePt已經被廣泛運用於燃料電池的陰極觸媒，吾人欲模擬實際電池工作下電解液是否會對觸媒表面結構造成影響，於是以酸洗去合金化的實驗來觀察FePt觸媒結構變化。進而利用XAS中的EXAFS數據分析FePt去合金化奈米粒子的結構及表面組成，並且利用XRD、TEM等儀器分析 ，發現FePt奈米粒子不會因為酸洗而破壞觸媒的結構。此外，並將FePt去合金化系列樣品做氧氣還原反應(ORR)的電化學活性測試。 於陰極催化方面，在高電位（1.0V）下，FePt去合金化系列觸媒中以FePt去合金化30min具有最好的氧氣還原反應的活性，根據文獻與表面組成，發現加入活性高的金屬有助於觸媒對於氧氣的分解吸附，FePt去合金化30min表面Fe的合金程度最高，氧氣還原活性也最好。而在低電位（0.75V）下，以FePt去合金化8hr具有最好的氧氣還原活性，根據表面組成分析發現FePt去合金化8hr表面Pt的合金程度最高，有助於將所吸附氧原子進行電子轉移還原成水。因此，我們了解雙金屬FePt奈米粒子以化學法去合金機制的觸媒結構變化以及對氧氣還原反應活性所造成的影響。
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    氧氣還原在過渡金屬表面之反應趨勢
    (2013) 林柏宇
    本論文利用還原劑(NaBH4)還原十種不同金屬錯合物成金屬Co、Ni、Cu(第三周期)、Ru、Rh、Pd、Ag(第四周期)和Ir、Pt、Au(第五周期)，並吸附在Vulcan XC-72上，進一步在樣品上嘗試Ag金屬重量比例不同(80%)和利用實驗方式改變Au、Ag金屬顆粒大小，藉由XRD、SEM、EDS、TEM儀器確認金屬吸附狀況。將RDE玻碳電極滴上不同金屬的Vulcan XC-72樣品在酸性( H2SO4 )及鹼性( KOH )溶液條件下，使用電化學循環伏安法( CV ) 、一氧化碳氧化及線性掃描伏安法( LSV )，測試不同金屬的電化學上的特性，並討論氧氣還原反應( ORR )的差異。 藉由電化學結果可整理出5個結論：(1)Pt相較於其他金屬有利氧氣還原反應(ORR)。 (2)推測Pt、Pd等金屬在鹼性條件下為4個電子反應；Au可能包含2個和4個電子反應；Cu、Ni因活性不佳與碳黑為2個電子反應。(3)Au、Ag顆粒變小也使得氧氣還原活性提升。(4)Ag金屬重量比提升相對也增加氧氣還原活性，但不符合經濟效應。
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    以計算探討鉑錫基催化劑在直接乙醇燃料電池陽極和陰極反應中的研究
    (2018) 顏劭晏; Yan, Shao-Yan
    本研究分陰極觸媒和陽極觸媒兩部分: PtSn雙金屬催化劑上的陰極氧還原反應（ORR）和陽極乙醇氧化反應（EOR）。在ORR的研究中，使用Pt（111）表面取代不同Sn比例來模擬PtSn催化劑。我們的計算發現，Sn取代越多，活性越高，這歸因於其較低的親氧性和相鄰Pt的d-band center；然而，越多的Sn由於結構扭曲降低穩定性。穩定性可以藉由錫氧化物修飾Pt表面進一步改善，在ORR過程中，這些氧化物對Pt表面吸附適中及強的斥力以保持結構。而在EOR的研究中，通過在PtSn中添加Ag形成三元PtSnAg催化劑來修飾PtSn雙金屬。Ag上的氧化物由於可以吸引解離的氫以及與OH有排斥效應可以有效改進關鍵步驟CH3CHO氧化成CH3COOH而促進了EOR。此外，氧化物可以增強乙醇在鄰近的Pt上的吸附以降低初始脫氫反應。
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    以第一原理計算研究氧氣還原反應在鉑合金和鈷合金表面的活性和穩定度的趨勢
    (2017) 周宗甫; Chou, Tsung-Fu
    本論文主要以理論計算研究鉑合金及鈷合金的氧氣還原反應機制，透過第一原理計算氧氣還原反應(Oxygen Reduction Reaction)之所有中間吸附物，O*、O2*、OH*、 OOH*、H2O2*、 H2O*和H*的吸附能以及七種反應路徑，包含三個O-O斷鍵步驟和四個O-H生成反應步驟的反應能量以及活化能，並藉由計算乾淨表面以及表面吸附含氧中間產物(ORR的關鍵中間產物)的分離能量(segregation energy)，比較所設計的表面合金和其ORR反應上的穩定性。 在研究鉑合金的部分，PtSn擁有比Pt更良好的活性，相較於其他PtM合金(M= Ag,Au, Co, Cu, Pd)擁有較好的穩定性，PtSn在ORR反應上，由於其較易使吸附含氧中間產物(oxygen-containing species, OCS)吸附於表面上生成穩定產物，故可以有效率提升其ORR活性以及穩定性。 對於鈷合金表面氧氣還原反應研究，加入少量白金在鈷金屬中，可以有效改善ORR活性，此外，如果加入第三種元素金做為取代，則可以更進一步改善CoPt合金的穩定性。
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    氧氣還原反應在鉑合金表面的活性和穩定度趨勢
    (2015) 林煊培; Lin, Hsuan-Pei
    本論文針對在一系列Pt合金上氧氣還原反應(Oxygen Reduction Reaction, ORR)的反應機構、Pt合金的效率和穩定度進行理論計算和實驗。理論計算部分，我們比較氧氣還原反應在Pt-cored和 Pt-shelled結構上所有吸附物O*、O2*、OH*、 OOH*、H2O2*、 H2O*和H*的吸附能以及三個O-O斷鍵步驟和四個O-H生成反應步驟的活化能，計算結果發現Pt與小原子Co、Cu、Pd形成Pt-shelled結構以及Pt與大原子Au形成Pt-cored結構能夠提升ORR活性。此外，我們藉由計算乾淨表面以及表面吸附含氧中間產物(ORR的主要中間產物)的segregation energy，確認合金在ORR中的穩定度，根據能量計算的結果發現，小原子和大原子會分別傾向於形成Pt-shelled和Pt-scored構型，而且在ORR都很穩定，其中PtAg合金的穩定度最高。實驗部分，將Pt3M合金(M = Cu, Pd, Ag, Au)吸附在Vulcan XC-72上，探討他們氧氣還原反應的趨勢，樣品的合成是用NaBH4還原法，藉由XRD、SEM、EDS確認晶格常數和化學組成，將樣品滴在玻璃碳電極上，在酸性(0.1 M HClO4 (aq))條件下進行電化學測量，而實驗的結果與計算的一致，根據mass activity(MA)和specific activity (SA)的測量結果，氧氣還原反應的活性為Pt3Au/C > Pt3Cu/C > Pt3Pd/C > Pt3Ag/C > Pt/C。