研究人员提出了一种利用亚氧化钨作为单原子催化剂(SAC)提高催化活性的新策略。该策略将金属铂(pt)的析氢反应(HER)显著提高16.3倍,为新型电化学催化剂技术的发展提供了思路。
氢一直被吹捧为化石燃料的有前途的替代品。然而,大多数传统的工业制氢方法都有环境问题,释放大量的二氧化碳和温室气体。
电化学水分解被认为是一种潜在的清洁制氢方法。Pt是电化学水分解中最常用的提高HER性能的催化剂之一,但Pt的高成本和稀缺性仍然是大规模商业应用的主要障碍。
SACs是将所有金属单独分散在所需的支撑材料上,已被确定为减少Pt使用量的一种方法,因为它们提供了最大数量的表面暴露Pt原子。
受早期研究的启发,KAIST化学与生物分子工程系教授Jinwoo Lee领导的研究小组研究了支撑材料对sac性能的影响。
李教授和他的研究人员建议介孔亚氧化钨作为原子分散Pt的新支撑材料,因为它有望提供高电子导电性并与Pt具有协同效应。
他们分别比较了碳和亚氧化钨负载的单原子铂的性能。结果表明,在亚氧化钨的负载作用下,亚氧化钨负载的单原子Pt的质量活性是碳负载的单原子Pt的2.1倍,是碳负载的Pt纳米粒子的16.3倍。
研究小组指出,通过从亚氧化钨到铂的电荷转移,铂的电子结构发生了变化。据报道,这种现象是由于铂和亚氧化钨之间的强金属支撑相互作用造成的。
研究小组报告说,不仅可以通过改变支撑金属的电子结构来提高HER性能,还可以通过诱导另一种支撑效应,即溢出效应来提高HER性能。氢溢出是一种吸附的氢从一个表面迁移到另一个表面的现象,随着Pt尺寸变小,这种现象更容易发生。
研究人员比较了单原子Pt和由亚氧化钨支撑的Pt纳米颗粒的性能。亚氧化钨负载的单原子Pt表现出更高程度的氢溢出现象,与亚氧化钨负载的Pt纳米颗粒相比,铂的析氢活性提高了10.7倍。
李教授表示:“选择合适的支撑材料对于改善电催化制氢非常重要。在我们的研究中,我们使用了亚氧化钨催化剂来支持Pt,这意味着良好匹配的金属和载体之间的相互作用可以大大提高工艺的效率。”
这项研究得到了科学和信息通信技术部的支持,并在德国杂志的国际版上进行了介绍《应用化学》。
故事来源:
材料所提供的韩国科学技术院(KAIST)。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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