杨晓武,李宏涛,张康,李培枝,王晨.多壁碳纳米管负载对苯二酸用作氧还原催化剂性能[J].分子催化,2025,39(4):338-345
多壁碳纳米管负载对苯二酸用作氧还原催化剂性能
The ORR Performances of MWCNT-Supported Terephthalic Acid Catalyst
投稿时间:2025-04-30  修订日期:2025-06-03
DOI:10.16084/j.issn1001-3555.2025.04.005
中文关键词:  氧还原  电催化  多壁碳纳米管  对苯二酸
英文关键词:oxygen reduction reaction  electrocatalysis  multi-walled carbon nanotubes  terephthalic acid
基金项目:国家自然科学基金(22478236); 陕西省科学家工程师团队建设项目(2024QCY-KXJ-131)[National Natural Science Foundation of China (22478236); The Construction Project of Scientists Engineers Team of Shaanxi Province (2024QCY-KXJ-131)].
作者单位E-mail
杨晓武 陕西科技大学 化学与化工学院, 陕西 西安 710016  
李宏涛 陕西科技大学 功能助剂产业化研究院 教育部重点实验室, 陕西 西安 710021  
张康 陕西科技大学 功能助剂产业化研究院 教育部重点实验室, 陕西 西安 710021  
李培枝 陕西科技大学 功能助剂产业化研究院 教育部重点实验室, 陕西 西安 710021  
王晨 陕西科技大学 功能助剂产业化研究院 教育部重点实验室, 陕西 西安 710021 wangchenhg@sust.edu.cn 
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中文摘要:
      创新性地设计了多壁碳纳米管负载对苯二酸的新型氧还原反应(ORR)催化剂, 旨在寻求替代贵金属铂基催化剂的可持续解决方案. 该催化剂的制备过程经过精细调控, 通过控制多壁碳纳米管(CNTs)与对苯二酸(PTA)的负载比例, 优化催化活性中心的分散和电子传递效率. 为准确评估该催化剂的综合电化学性能, 采用旋转圆盘电极测试系统, 评估其在不同电位下的电流密度、过电位等关键指标. 实验结果表明, PTA与CNTs的最佳比例为10∶5, 该比例下的催化剂展现出卓越的ORR性能; 当CNTs比例过高时会掩蔽反应活性位点; 而CNTs比例过低时, 则可能影响电子传递效率. 在最优比例下, 催化剂的极限电流密度高达-7.57 mA·cm-2, 显著优于商业Pt/C催化剂(-4.67 mA·cm-2), 表现出优异的催化活性. 此外, 为考察催化剂的实际应用潜力, 还深入评估了其在燃料交叉反应(甲醇)中的稳定性. 与商用Pt/C催化剂相比, 该催化剂表现出卓越的稳定性, 电流波动较小, 证明其对燃料交叉反应具有更强的抗干扰能力. 这项研究为设计高效、稳定的ORR催化剂提供了一种新方法和新思路.
英文摘要:
      A high-performance oxygen reduction reaction (ORR) catalyst was developed by using multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as a support for terephthalic acid (PTA), offering a sustainable alternative to platinum-based catalysts. The catalyst synthesis was optimized by tuning the MWCNT-to-PTA ratio to enhance active site dispersion and electron transport efficiency. Rotating disk electrode (RDE) tests revealed that a PTA∶CNTs ratio of 10∶5 delivers optimal ORR performance, achieving a remarkable limiting current density of -7.57 mA·cm-2, surpassing that of commercial Pt/C (-4.67 mA·cm-2). Excessive MWCNTs could obscure active sites, while insufficient MWCNTs might impair charge transfer. Additionally, the catalyst exhibits superior methanol tolerance and stability compared to Pt/C, showing minimal current fluctuations during fuel crossover tests. This work presents a promising strategy for designing efficient, durable, and cost-effective ORR catalysts, advancing the development of sustainable fuel cell technologies.
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