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,是一類理想的催化劑。截至目前,絕大部分報道的超細鉑-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,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了金屬鹽還原電位之間的巨大差異,從而實現(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行,因此導(dǎo)致嚴重的電能損耗,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。該類材料有望在實際應(yīng)用中實現(xiàn)優(yōu)越的性能及更低的電能損耗。