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助力国家能源战略

西安交大在催化剂设计和能源转化方面取得重要进展

助力国家能源战略

西安交大在催化剂设计和能源转化方面取得重要进展

2021-10-09 09:58:15
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三秦都市报-三秦网讯(记者 张彦刚)10月9日记者获悉,西安交大研究成果“调控铂催化剂表面应变获得高效电催化剂”在国际权威期刊《自然》发表。该研究成果不仅可以从根本上探索应变如何影响铂电催化,而且还为制造用于可再生能源转换反应的高性能铂催化剂提供了一条有前途的途径。

铂催化剂是目前能源领域最重要的一类催化剂,已被广泛应用于燃料电池、水分解制氢等可持续能源系统中。应变调节能控制铂原子间距离,从而灵敏地改变其电子结构,进一步结合晶面调控可以在原子尺度上针对特定催化体系实现铂催化剂表面活性位点电子和几何结构的优化,进而获得高效铂催化剂。

目前,催化剂表面应变调节主要依赖于铂在另一种材料表面的沉积(形成核壳结构)。虽然铂和其他材料之间存在晶格常数差异,但这种获得表面应变的方式难以实现应变的精准、连续调节。如何实现铂催化剂表面应变的精准、连续调控是催化领域备受关注和亟待解决的挑战性难题。

西安交通大学金明尚教授研究团队在前期发现钯(Pd)纳米晶体可以通过磷化和去磷化反应实现体积连续改变的基础上,发展了一种基于铂基核壳结构的磷化和去磷化处理的全新应变调节方法。该方法可应用于不同表面结构的铂催化剂表面应变的调节,甚至有望进一步拓展至其他材料,具有普适性。

该团队通过原子分辨的球差电镜表征系统分析了实验条件对晶格应变的影响,并结合理论计算揭示了晶格应变能改变催化体系中关键物种在铂催化剂表面的吸附强度和吸附位点从而影响其催化活性。更为重要的是,在深入理解铂催化剂“应变—活性”构效关系的基础上,该团队通过应变优化使铂催化剂在甲醇电催化氧化和析氢反应中的活性分别提升2.5倍和1.5倍以上。晶格应变调节方法的开发为高效铂催化剂的设计和制备提供了详细的理论指导和全新的实验方法,并有望应用于燃料电池、电解水产氢产氧等领域,助力国家能源战略。

(编辑:李佩)