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新型催化體系可實現(xiàn)高效電催化析氫

2021-05-20 15:20  來源:科技日報  瀏覽:  

記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉,該所研究員劉健團隊與大連理工大學(xué)研究員周思,聯(lián)合天津大學(xué)教授梁驥團隊,通過單原子催化劑改性碳載體的策略,增強載體與其上負載金屬粒子間的相互作用,構(gòu)筑了鈷單原子催化劑摻雜碳載金屬釕(Ru)納米反應(yīng)器,實現(xiàn)了電催化析氫反應(yīng)中綠氫的高效制備,為碳載金屬納米催化劑性能的調(diào)控提供了新思路。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

碳載體具有比表面積高、孔結(jié)構(gòu)豐富、穩(wěn)定性強、導(dǎo)電性好等優(yōu)勢,被廣泛用于電催化領(lǐng)域。然而,碳載體的惰性表面導(dǎo)致其與負載的金屬納米粒子間的相互作用力過弱,難以有效調(diào)控金屬納米粒子的電子結(jié)構(gòu)和催化活性,抑制團聚的能力也較差。

針對這些問題,研究團隊提出利用單原子摻雜調(diào)節(jié)碳載體π共軛結(jié)構(gòu)以增強其與金屬納米粒子間相互作用的策略。基于此,團隊利用鐵鈷鎳等金屬單原子摻雜含氧石墨烯,并以其作為載體負載金屬Ru納米粒子,構(gòu)筑了包含金屬單原子、碳基底和Ru納米粒子的復(fù)合納米反應(yīng)器。理論計算表明,金屬單原子的修飾可實現(xiàn)含氧石墨烯表面電荷的重新分布,使單原子周邊碳原子呈缺電子狀態(tài),顯著增強了負載Ru納米顆粒至碳載體的電子轉(zhuǎn)移能力。以電催化析氫反應(yīng)(HER)為模型,研究團隊探究了該復(fù)合納米反應(yīng)器中金屬單原子摻雜誘導(dǎo)的Ru納米顆粒界面電荷重新排布對產(chǎn)氫效能的影響。

據(jù)介紹,該復(fù)合納米反應(yīng)器催化反應(yīng)是目前文獻報道的最高活性之一。該研究不僅開發(fā)了高性能析氫電催化劑,還揭示了金屬單原子、碳載體與負載金屬納米顆粒之間的作用機制,實現(xiàn)了不同位點間的遠程協(xié)同和催化性能優(yōu)化,為基于多重活性位點的納米反應(yīng)器設(shè)計和構(gòu)筑提供了新思路。

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