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中科大研制出“松球結構”催化劑

來源: 安徽日報
編輯: 夏彩云
更新時間: 2019-06-11 09:06:00

  記者6月6日從中國科學技術大學獲悉,該校宋禮教授與江俊教授合作在電解水制氫研究領域取得新進展,他們利用催化效果最好的鉑金屬巧妙設計了遍布針尖的“松球結構”催化劑,在保持催化制氫效果不變的情況下,與商業鉑碳催化劑相比,鉑金屬的用量僅有原來的1.3%左右,大大降低了催化劑的成本。相關成果在線發表在6月3日的著名學術期刊《自然·能源》上。

  電解水制氫由于零污染、零排放的優勢,受到越來越多研究者的注意,鉑催化劑是當前電解水制氫的熱門方向。但按照傳統方式制造的鉑催化劑,催化過程一般都發生在催化劑表面,且參與反應的是單個或近鄰的幾個原子,這樣就會導致表層的鉑原子忙得不亦樂乎,內層的鉑原子卻無所事事,這勢必會影響電解水制氫的效率。如何讓催化劑中的鉑原子不吃“大鍋飯”,在催化反應中每個鉑原子都能動起來,成為科學家們深入思考的問題。

  中科大宋禮教授課題組想到一個好辦法,能夠最大化地使鉑原子處于催化劑的表面。首先,他們選擇了單位質量下擁有最大表面的球形,將之前扁平的催化劑做成一顆顆“球”,將以前局限在二維平面的反應改造成三維立體的反應,這樣可以發生反應的場地就會大大增加。同時,每個鉑原子都位于球形的表面,保證了它們都在“生產一線”。如此一來,催化劑就形成了一個表面滿是針尖的“球”,每個針尖都是一個單原子鉑,沒有“人”可以“躲”在后面偷懶。江俊教授說:“這個設計還帶來一個驚喜的附加效果,理論模擬發現,彎曲的球面會在尖端鉑原子處形成非常強的局域電場,相當于給鉑原子腳上加了一個加速履帶,可以進一步增強催化效率。 ”測試結果表明,當電解溶液中的反應物通過一顆顆表面遍布針尖的“松球”時,形成氫氣的速率大大增加。

  鉑金屬在電化學制氫反應中擁有很重要的地位,該研究最大限度地減少鉑用量但并未影響制氫反應催化效果,有望實現規模化應用,同時為進一步優化催化劑的性能指明了方向。(桂運安)


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