記者以中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士團(tuán)隊(duì)和高敏銳教授課題組提出一種“晶相混合”策略，成功設(shè)計(jì)并研制了一種在酸性電解液中展現(xiàn)高度穩(wěn)定性的非貴金屬電催化劑。研究成果11月25日發(fā)表在《自然·通訊》上。
氫能源是高效清潔新能源。相比傳統(tǒng)的甲烷水蒸氣重整制氫工藝和堿性電解水工藝，質(zhì)子交換膜水電解裝置具有啟動速度快、氫氣純度高、產(chǎn)氫速率快、電流密度大和能量效率高等顯著優(yōu)勢，有望成為下一代先進(jìn)清潔制氫方法。然而，在酸性介質(zhì)中非鉑基催化劑一般很不穩(wěn)定，活性金屬成分容易在電解池操作過程流失。當(dāng)前酸性電解水膜電極依賴貴金屬鉑基催化劑，導(dǎo)致制氫成本過高,極大的限制了質(zhì)子交換膜水電解池的應(yīng)用推廣。
科研人員通過堿熱法處理立方相二硒化鈷， 使得部分鈷與硒原子從完美的立方相二硒化鈷晶體中逸出，生成原子級別的缺陷。而這些缺陷的生成使得位于立方相結(jié)構(gòu)中的硒-硒鍵在其局域部位發(fā)生旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)化為正交相結(jié)構(gòu)，最終得到立方相和正交相混合均勻分布的二硒化鈷。
電化學(xué)測試顯示，混合相二硒化鈷催化劑在5萬次循環(huán)之后，極化曲線沒有明顯變化，同時催化劑在400多個小時工作后，其過電勢沒有明顯增加。這種新型的立方相-正交相互糅合的二硒化鈷催化劑極大的提高了鈷與砸原子之間的共價性，賦予晶格更強(qiáng)勁的鍵合能，從而使得這種廉價材料在酸性介質(zhì)中不僅展現(xiàn)出很高的水還原活性，同時表現(xiàn)優(yōu)異的穩(wěn)定性能。
該成果為發(fā)展在酸性介質(zhì)中能實(shí)際運(yùn)行的低成本、高活性和高穩(wěn)定性的催化材料提供了嶄新的思路。(記者 吳長鋒)
關(guān)鍵詞： 電催化劑
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