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  • 中科大研制出“松球结构”催化剂

    时间:2019-06-11 19:00:27  来源:  作者:浏览:  

    记者6月6日从中国科学技术大学获悉,该校宋礼教授与江俊教授合作在电解水制氢研究领域取得新进展,他们利用催化效果最好的铂金属巧妙设计了遍布针尖的“松球结构”催化剂,在保持催化制氢效果不变的情况下,与商业铂碳催化剂相比,铂金属的用量仅有原来的1.3%左右,大大降低了催化剂的成本。相关成果在线发表在6月3日的著名学术期刊《自然・能源》上。

    电解水制氢由于零污染、零排放的优势,受到越来越多研究者的注意,铂催化剂是当前电解水制氢的热门方向。但按照传统方式制造的铂催化剂,催化过程一般都发生在催化剂表面,且参与反应的是单个或近邻的几个原子,这样就会导致表层的铂原子忙得不亦乐乎,内层的铂原子却无所事事,这势必会影响电解水制氢的效率。如何让催化剂中的铂原子不吃“大锅饭”,在催化反应中每个铂原子都能动起来,成为科学家们深入思考的问题。

    中科大宋礼教授课题组想到一个好办法,能够最大化地使铂原子处于催化剂的表面。首先,他们选择了单位质量下拥有最大表面的球形,将之前扁平的催化剂做成一颗颗“球”,将以前局限在二维平面的反应改造成三维立体的反应,这样可以发生反应的场地就会大大增加。同时,每个铂原子都位于球形的表面,保证了它们都在“生产一线”。如此一来,催化剂就形成了一个表面满是针尖的“球”,每个针尖都是一个单原子铂,没有“人”可以“躲”在后面偷懒。江俊教授说:“这个设计还带来一个惊喜的附加效果,理论模拟发现,弯曲的球面会在尖端铂原子处形成非常强的局域电场,相当于给铂原子脚上加了一个加速履带,可以进一步增强催化效率。 ”测试结果表明,当电解溶液中的反应物通过一颗颗表面遍布针尖的“松球”时,形成氢气的速率大大增加。

    铂金属在电化学制氢反应中拥有很重要的地位,该研究最大限度地减少铂用量但并未影响制氢反应催化效果,有望实现规模化应用,同时为进一步优化催化剂的性能指明了方向。(记者 桂运安)

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