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中國科大在電催化析氫研究方面取得進展

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中國科大在電催化析氫研究方面取得進展

摘要: 　　氫被認(rèn)為是環(huán)境友好的清潔能源，電催化分解水可以制備高純氫氣，在堿性介質(zhì)中電解水是最有可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制氫的技術(shù)。一直以來貴金屬是該領(lǐng)域活性最高的催化劑，近年來科研人員持續(xù)探索致力于將過渡金屬發(fā)展成高 ...

　　氫被認(rèn)為是環(huán)境友好的清潔能源，電催化分解水可以制備高純氫氣，在堿性介質(zhì)中電解水是最有可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制氫的技術(shù)。一直以來貴金屬是該領(lǐng)域活性最高的催化劑，近年來科研人員持續(xù)探索致力于將過渡金屬發(fā)展成高活性堿性析氫電催化劑以降低成本，然而很多催化劑的活性與貴金屬相比還有很大的差距。將少量的貴金屬與過渡金屬合金化是提升過渡金屬電催化性能的一個重要途徑。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生蘇建偉和楊陽（導(dǎo)師陳乾旺）通過理論計算，提出了將少量的貴金屬釕與過渡金屬鈷合金化來提升鈷催化活性的思想，并設(shè)計出一種以金屬有機框架化合物為前驅(qū)體來制備氮摻雜的類石墨烯層包裹合金內(nèi)核復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝。所制備的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)作為堿性析氫電催化劑，表現(xiàn)出與貴金屬可比的析氫性能。該學(xué)習(xí)成果發(fā)表在近期出版的自然-通訊（Nature Communications）上。
　　該工作用貴金屬釕摻雜的鈷氰酸鈷類普魯士藍(lán)作為前驅(qū)物在惰性氣氛中焙燒一步法制備了氮摻雜的類石墨烯層包覆鈷釕合金的納米粒子，合金中釕占3.58 wt.%。這種方法能夠?qū)⒌獡诫s的石墨烯層原位包覆在合金表面上，保護合金內(nèi)核以提升穩(wěn)定性。作為堿性析氫電催化劑，在電流密度為10mA/cm2時其過電位僅為28mV，顯示出與20%的商用鉑碳電催化劑可比的電催化析氫性能。密度泛函理論模擬計算發(fā)現(xiàn)，摻雜氮原子近鄰的碳原子是催化反應(yīng)的活性位點，鈷釕合金化比單純鈷更能促進電子向類石墨烯層表面轉(zhuǎn)移，改變內(nèi)部的鈷釕合金比例能夠調(diào)控外部石墨烯層表面的電荷分布，合適的鈷釕合金比例可以大大降低活性位點的氫吸附自由能，可達(dá)到與鉑催化劑相近的氫吸附自由能值。這種獨特的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)使其催化性能得以較大地提升，具有潛在的應(yīng)用前景。
　　該學(xué)習(xí)得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院和校青年創(chuàng)新基金等有關(guān)項目的支持。
　　論文鏈接



　　RuCo@NC納米粒子的合成路徑和結(jié)構(gòu)模型示意圖。(a) Co3[Co(CN)6]2，(b) Ru摻雜的Co3[Co(CN)6]2，(c) RuCo@NC納米粒子的聚集體示意圖，(d) c中一個RuCo@NC納米粒子放大的模型示意圖，并簡單描述了作為電催化劑在堿性介質(zhì)中的析氫過程。中國科大在電催化析氫研究方面取得進展  |  責(zé)任編輯：蟲子
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