我開發(fā)出超穩(wěn)定三維鉑銅納米線催化材料

內(nèi)蒙古大學(xué)王勤教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)移動(dòng)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種超穩(wěn)定的三維鉑銅納米線催化材料，該材料具有超細(xì)尺寸、自支撐的剛性結(jié)構(gòu)并且表面富含大量銅空位缺陷。

研究成果論文《通過調(diào)控金屬缺陷和晶格應(yīng)力提升貴金屬合金電催化性能的研究》已于近日在國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表。

王勤介紹，碳載鉑基電催化材料已被廣泛用于燃料電池的陰極還原和陽(yáng)極氧化反應(yīng)，但其穩(wěn)定性差，成本高且反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢等限制了其商業(yè)化應(yīng)用。因此，急需開發(fā)一種高效且耐用的自支撐鉑基電催化材料。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過將鉑與非貴金屬合金化以減少鉑的用量，調(diào)控晶格應(yīng)力和電子結(jié)構(gòu)，可以獲得優(yōu)異的氧化還原反應(yīng)催化活性。此外，金屬空位缺陷和壓縮應(yīng)力也可以顯著提升電催化性能。缺陷不僅可以表現(xiàn)出獨(dú)特的電子特性，而且可與金屬原子等活性物種形成新的協(xié)同配位結(jié)構(gòu)以獲得最佳的催化性能。

研究團(tuán)隊(duì)通過電化學(xué)刻蝕組裝富含金屬空位缺陷的高效電催化材料的合成策略，合成了具有超細(xì)尺寸，自支撐結(jié)構(gòu)和富含銅空位缺陷的超穩(wěn)態(tài)三維鉑銅納米線。該材料具有優(yōu)異的氧化還原反應(yīng)催化性能，其質(zhì)量活性是商用鉑催化劑的14.1倍，是美國(guó)能源部2020年發(fā)展目標(biāo)的7.2倍，也是目前世界報(bào)道的性能最優(yōu)的自支撐貴金屬催化材料。研究團(tuán)隊(duì)用密度泛函理論計(jì)算結(jié)果表明，銅空位的引入改變了鉑原子對(duì)含氧中間體的吸附。該研究為在電化學(xué)活化過程中活性位點(diǎn)的調(diào)控以及金屬空位缺陷、晶格應(yīng)力的研究提供了重要的研究思路。