我國學(xué)者通過調(diào)控局域反應(yīng)環(huán)境實(shí)現(xiàn)高效析氫

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室閆文盛教授研究組與孫治湖副研究員合作，提出了通過調(diào)控催化劑的反應(yīng)環(huán)境來優(yōu)化催化劑催化性能的技術(shù)策略，并將此策略應(yīng)用到了負(fù)載于氧化鎂納米片上的鉑納米顆粒催化劑，突破了其在堿性溶液中，析氫反應(yīng)(HER)活性低的內(nèi)在缺陷。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上。

電化學(xué)以其低反應(yīng)活化能、高反應(yīng)速率和高能量效率的特點(diǎn)在能源的轉(zhuǎn)化與存儲中發(fā)揮著重要作用。目前為止，大部分研究工作主要是通過各種方法改善催化劑本征活性來提高電極反應(yīng)效率。事實(shí)上，催化劑周圍的局部反應(yīng)環(huán)境在電極反應(yīng)過程中也起著至關(guān)重要的作用。因此，通過固-液界面之間的多種物理化學(xué)作用來調(diào)節(jié)局部反應(yīng)環(huán)境，將是提高電催化性能和設(shè)計高效電催化劑的一種新途徑。

該研究團(tuán)隊利用兩步浸漬-熱解的方法合成了負(fù)載在納米片上的鉑納米顆粒催化劑，并將其用于堿性介質(zhì)中的析氫反應(yīng)。電化學(xué)測試表明鉑/氧化鎂催化劑具有優(yōu)異的析氫反應(yīng)活性，顯著低于鉑-碳的過電位。他們利用原位拉曼光譜、同步輻射紅外光譜和X射線吸收光譜表明該催化劑能夠在堿性介質(zhì)中產(chǎn)生局部的酸性環(huán)境，并獲得了與鉑/碳在酸性介質(zhì)中相當(dāng)?shù)奈鰵浞磻?yīng)性能。結(jié)合理論計算，提出了鉑/氧化鎂催化劑在堿性介質(zhì)中顯示出優(yōu)異析氫反應(yīng)性質(zhì)的微觀機(jī)制。

這種局部酸性環(huán)境為鉑在堿性電解質(zhì)中提供了良好的反應(yīng)條件，從而實(shí)現(xiàn)了高效析氫反應(yīng)活性。

(中國科大供圖)

關(guān)鍵詞： 顆粒催化劑 電極反應(yīng) 局部反應(yīng) 酸性環(huán)境 反應(yīng)活性