我国铂基电催化材料性能提升获重大技术突破

2020-06-08 科技日报

记者7日从内蒙古大学获悉,该校王勤教授团队联合吉林大学移动材料教育部重点实验室等多个国家重点实验室开发出一种超稳定的三维铂铜纳米线催化材料,该材料具有超细尺寸、自支撑的刚性结构并且表面富含大量铜空位缺陷。

  记者7日从内蒙古大学获悉,该校王勤教授团队联合吉林大学移动材料教育部重点实验室等多个国家重点实验室开发出一种超稳定的三维铂铜纳米线催化材料,该材料具有超细尺寸、自支撑的刚性结构并且表面富含大量铜空位缺陷。

  研究成果论文《通过调控金属缺陷和晶格应力提升贵金属合金电催化性能的研究》已于近日在国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》发表。

  王勤介绍,碳载铂基电催化材料已被广泛用于燃料电池的阴极还原和阳极氧化反应,但其稳定性差,成本高且反应动力学缓慢等限制了其商业化应用。因此,急需开发一种高效且耐用的自支撑铂基电催化材料。

  研究团队发现,通过将铂与非贵金属合金化以减少铂的用量,调控晶格应力和电子结构,可以获得优异的氧化还原反应催化活性。此外,金属空位缺陷和压缩应力也可以显著提升电催化性能。缺陷不仅可以表现出独特的电子特性,而且可与金属原子等活性物种形成新的协同配位结构以获得最佳的催化性能。

  研究团队通过电化学刻蚀组装富含金属空位缺陷的高效电催化材料的合成策略,合成了具有超细尺寸,自支撑结构和富含铜空位缺陷的超稳态三维铂铜纳米线。该材料具有优异的氧化还原反应催化性能,其质量活性是商用铂催化剂的14.1倍,是美国能源部2020年发展目标的7.2倍,也是目前世界报道的性能最优的自支撑贵金属催化材料。研究团队用密度泛函理论计算结果表明,铜空位的引入改变了铂原子对含氧中间体的吸附。该研究为在电化学活化过程中活性位点的调控以及金属空位缺陷、晶格应力的研究提供了重要的研究思路。

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