铂/聚苯并咪唑纳米纤维催化剂的电纺可控制备及其VOC氧化性能研究

这篇研究通过电纺（electrospinning）技术调控聚苯并咪唑（PBI）纳米纤维载体的形貌（solution/colloid/suspension法），探究其对铂（Pt）纳米粒子分散度及催化性能的影响。结果表明，Pt粒径在9-11 nm时VOC（甲苯/丙酮/乙醇）氧化活性显著提升，载体高孔隙率（80%）有效抑制内扩散，热点（hotspot）诱导的Pt烧结反而增强催化稳定性，为设计高效VOC氧化催化剂提供了新思路。

　　

Highlight

聚苯并咪唑（PBI）纳米纤维载体通过溶液、胶体（colloid）和悬浮液（suspension）电纺法制备，形成不同形貌的支撑结构。载体经铂乙酰丙酮（platinum acetylacetonate）浸渍后，获得具有差异铂分散度的催化剂。气相氧化模型挥发性有机物（VOCs）（甲苯、丙酮、乙醇）时，当铂平均粒径从9 nm增至11 nm，催化活性急剧上升。老化测试中观察到铂纳米粒子烧结（sintering）现象，这反而提升了催化活性——归因于铂活性位点局部热点（hotspot）的形成。电纺PBI载体的核心优势是其超高孔隙率（80%），可有效抑制内扩散效应，使反应物更易接触铂活性位点。

The effect of preparation conditions on the morphology of the support

采用多喷嘴系统电纺时，纳米纤维缺陷增多（如珠状结构），而单喷嘴体系可生成更均匀的纤维。电场干扰和溶剂蒸发速率差异是形貌调控的关键：多喷嘴（24个）会导致电场扭曲，溶剂挥发不均，最终形成"纤维束"结构。这种形貌差异直接影响铂前驱体的渗透与还原行为。

Conclusions

通过三种电纺策略（溶液/胶体/悬浮液）成功调控PBI载体形貌，进而实现铂粒径的精准定制。VOC氧化活性与铂粒径呈非线性关系——9-11 nm为活性跃迁阈值，但进一步增大粒径反而降低效率。载体高孔隙率与可控烧结效应的协同作用，为设计"自优化"催化剂提供了新范式。