鉑—非貴金屬合金納米線讓析氫變得更容易

時(shí)間:2018-08-14 15:48來源:科技日報(bào) 作者:綜合報(bào)道
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超細(xì)鉑鎳合金納米線的水相合成及析氫性能
 
a.透射電鏡圖片 b.亞硫酸鹽在鉑鎳共還原中的作用 c.該類納米線優(yōu)越的析氫活性
 
 
       近日，從西安交通大學(xué)獲悉,該校前沿科學(xué)技術(shù)研究院高傳博教授課題組（以下簡稱“課題組”）利用表面硫修飾的鉑—非貴金屬合金納米線作為催化劑，在堿性條件下實(shí)現(xiàn)了高效的電解水析氫性能。這一成果發(fā)表在最新出版的國際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上，該催化劑是通過簡單的水熱方法合成的，具有較低的制備成本。
 
       氫燃料電池以氫氣作為燃料，以發(fā)電過程無污染、能量轉(zhuǎn)換效率高、氫氣來源廣泛且可再生等優(yōu)勢，是目前發(fā)展最好的燃料電池。低成本、高效析氫性能的鉑-非貴金屬合金納米線或?qū)⑹切履茉葱袠I(yè)一位“貴客”。
 
       超細(xì)鉑-非貴金屬合金納米線具有尺寸小、比表面積大、導(dǎo)電性好及具有雙金屬效應(yīng)等特點(diǎn)，是一類理想的催化劑。截至目前，絕大部分報(bào)道的超細(xì)鉑-非貴金屬合金納米線是在油相體系中制備的，存在合成成本高、非環(huán)境友好及強(qiáng)表面封端劑難以有效去除等不足。相比之下，水相合成方法能很好地彌補(bǔ)油相合成方法的這些不足。然而，由于鉑鹽與非貴金屬鹽存在較大的氧化還原電位差，難以在水溶液中實(shí)現(xiàn)兩者的有效共還原。因此，發(fā)展形貌、組成和尺寸可控的鉑-非貴金屬合金納米材料的水相合成方法依然是研究難點(diǎn)，對于高效鉑基催化劑的研發(fā)具有重要意義。
     
      課題組將化學(xué)鍍原理引入到貴金屬納米材料的水相合成體系，通過亞硫酸鹽的引入有效彌補(bǔ)了金屬鹽還原電位之間的巨大差異，從而實(shí)現(xiàn)了鉑鹽與非貴金屬鹽的共還原，成功制備了一系列超細(xì)鉑-非貴金屬合金納米線（直徑約2.6 nm）。亞硫酸鹽的引入還導(dǎo)致了表面硫修飾，在超細(xì)納米線的表面構(gòu)筑了大量原子級別的Pt/M-S(OH)界面，從而在堿性條件下具有優(yōu)異的析氫（HER）活性。在1 M KOH電解液中，含3 µg Pt的納米線在70 mV的過電位下便可得到75.3 mA cm–2的活性，為商業(yè)鉑碳催化劑的5.1倍，優(yōu)于先前報(bào)道的催化劑。
 
      堿性條件下的析氫反應(yīng)作為電解水制氫及氯堿工業(yè)的主要反應(yīng)之一，通常需要在較高的過電勢下才能進(jìn)行，因此導(dǎo)致嚴(yán)重的電能損耗，制備高效催化劑以降低這一反應(yīng)所需的過電勢，有望顯著降低這些應(yīng)用的電能損耗。該類材料有望在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的性能及更低的電能損耗。
 

(責(zé)任編輯：王杰)
文章標(biāo)簽： 析氫 鉑碳催化劑
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