鉑基電催化劑「丟失」白金的原委找到了

2020-08-01 光明網

新知

近日,記者從中國科學技術大學獲悉,該校合肥微尺度物質科學國家研究中心陳豔霞教授課題組,與合作者一同首次直接在電化學環境中觀察到鉑表面空穴及其動態行為,為揭示其形成機制提供了直接證據。研究成果日前發表在《化學—通訊》上。

鉑是一種天然的貴金屬,俗稱白金。在很多電極反應過程中,鉑都可以成為活性高且穩定性較好的電催化劑。但是在電催化系統(例如燃料電池)強酸、強鹼、高氧化或強還原等腐蝕環境中,鉑也會發生腐蝕與溶出。此外,強吸附質如一氧化碳或氧的存在,也會加速鉑的腐蝕與溶出過程。

從原子、分子尺度上去了解這類電催化劑的腐蝕與溶出過程,有望對設計合成高效、高穩定性的鉑基催化劑提供具體指導。

在前期研究基礎上,科研人員發現鉑被高動態表觀吸附層覆蓋後,表面會出現明確的表層鉑原子空穴,即部分鉑表層原子從晶格脫出。這些空穴通過與表層吸附的高遷移率的一氧化碳共同作用,可以在移動和固定兩種動力學狀態之間以一定速率切換。在移動狀態下,鉑也會出現少量的表面空穴。

這項研究表明鉑能與吸附的一氧化碳發生複雜的相互作用,對於合理地設計合成高效、高穩定性的實用型鉑基催化劑提供了重要的依據。(記者吳長鋒)

相關焦點

  • 鉑基電催化劑 「丟失」白金的原委找到了
    鉑是一種天然的貴金屬,俗稱白金。在很多電極反應過程中,鉑都可以成為活性高且穩定性較好的電催化劑。但是在電催化系統(例如燃料電池)強酸、強鹼、高氧化或強還原等腐蝕環境中,鉑也會發生腐蝕與溶出。此外,強吸附質如一氧化碳或氧的存在,也會加速鉑的腐蝕與溶出過程。  從原子、分子尺度上去了解這類電催化劑的腐蝕與溶出過程,有望對設計合成高效、高穩定性的鉑基催化劑提供具體指導。
  • 蘇州大學科研團隊在多組分鉑基納米材料研究上取得突破性進展
    鉑基納米材料在燃料電池領域具有誘人的應用前景,但鉑資源稀少且價格昂貴,鉑基催化劑的成本很高。燃料電池能量利用率非常高、環境友好,但其高昂造價導致大規模應用受限。因而如何降低鉑基催化劑的成本,推動鉑基納米材料的實際燃料電池應用成為了亟待解決的關鍵問題。
  • 清華大學發表二維材料廉價礦物電催化劑大電流產氫研究成果
    該研究開發了一種大通量製備二維二硫化鉬(MoS2)漿液電催化劑的方法,所製備的二維二硫化鉬基電催化劑具有良好的電解水產氫活性,在1 A cm-2的大電流密度下所需過電壓僅為412 mV,並呈現出良好的穩定性。
  • 一種高效高穩定性的低鉑催化劑——小尺寸的鉑鈷金屬間化合物
    背景介紹在聚合物電解質燃料電池(PEMFCs)中,鉑基催化劑仍然是目前最主要的用於陰極氧還原反應(ORR) 的電催化劑。貴金屬鉑的高成本以及酸性條件下鉑基合金中非貴金屬(鐵、鈷、鎳等)的腐蝕流失導致的穩定性降低均是燃料電池產業化需要克服的挑戰。提高鉑基催化劑中貴金屬鉑的利用效率和鉑基電催化劑的長期穩定性是降低PEMFCs成本,並滿足燃料電池壽命要求的關鍵。
  • 中國學者研製出直徑僅1納米新型納米線催化劑
    中新網合肥12月4日電(記者 吳蘭)記者4日從中國科學技術大學獲悉,該校合肥微尺度物質科學國家研究中心曾傑教授課題組與湖南大學黃宏文教授合作,研製出一種新型納米線催化劑,該納米線的直徑僅有一納米。據介紹,這種兼具優異的催化活性和穩定性的質子交換膜燃料電池陰極催化劑,有望大幅降低未來電動汽車最理想電池的價格。相關成果近日發表在《美國化學會志》雜誌上。質子交換膜燃料電池具有零排放、能量效率高、功率可調等優點,是未來電動汽車中最理想的驅動電源,具有廣闊的市場前景。
  • 【技術】質子交換膜燃料電池催化劑研究進展
    如果說燃料和氧化劑是質子交換膜燃料電池的血液,那麼催化劑就是它的心臟,是膜電極組件(Membrane Electrode Assemblies,MEA)的關鍵性材料,決定了電池的性能和壽命。目前質子交換膜燃料電池催化劑主要以價格昂貴、資源匱乏鉑基催化劑為主,成本高昂。
  • 質子交換膜燃料電池陰極催化劑研究取得進展
    但是質子交換膜燃料電池的陰極端氧還原反應的動力學十分緩慢,需要使用大量貴金屬鉑納米催化劑作為電極催化劑來維持質子交換膜燃料電池的高效運轉,這使得質子交換膜燃料電池的成本十分高昂,限制了其大規模商業化應用。為此,減少質子交換膜燃料電池中貴金屬鉑的用量具有重要意義。在鉑基催化劑中,提高鉑基催化劑在氧還原反應中的質量活性以及催化穩定性是降低貴金屬鉑用量的途徑。
  • 中國科大團隊研製出一種新型燃料電池陰極催化劑
    中新網合肥1月11日電 (記者 吳蘭)記者11日從中國科學技術大學獲悉,該校曾傑教授團隊與國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。
  • 研究人員制高效催化劑 燃料電池至少穩定運行180小時
    (圖源:greencarcongress)蓋世汽車訊據外媒報導,國際研究小組合成具有鉑皮結構的一維串狀鉑鎳合金納米籠,用作燃料電池中氧還原反應的催化劑。這種納米籠催化劑的質量活性高達每毫克鉑3.52安培,比活性也很高,達到每平方釐米鉑5.16安培,幾乎分別是商用鉑碳催化劑的17倍和14倍。該催化劑經過5萬次循環後,表現出高穩定性,幾乎沒有任何活性衰減。實驗結果和理論計算表明,應變和配體效應導致的強鍵合鉑氧位點較少。在這種催化劑的支持下,燃料電池在0.6V電壓下的電流密度達1.5A/cm2,並能穩定運行至少180小時。
  • 我國科學家研製出新型氫氧燃料電池陰極催化劑
    中國科學技術大學教授曾傑團隊與國家同步輻射實驗室教授鮑駿團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。該成果日前發表於《美國化學會志》。燃料電池是一種化學電池,它利用物質發生化學反應時釋放出的能量,直接將其變換為電能。
  • 質子交換膜燃料電池陰極催化劑研究取得重要進展
    但是質子交換膜燃料電池的陰極端氧還原反應的動力學十分緩慢,需要使用大量貴金屬鉑納米催化劑作為電極催化劑來維持質子交換膜燃料電池的高效運轉,這使得質子交換膜燃料電池的成本十分高昂,限制了其大規模商業化應用。為此,減少質子交換膜燃料電池中貴金屬鉑的用量具有重要意義。在鉑基催化劑中,提高鉑基催化劑在氧還原反應中的質量活性以及催化穩定性是降低貴金屬鉑用量的途徑。
  • Nature子刊:法拉第效率高達92.28%的「零損失」HER催化劑
    研究背景 開發高效穩定的電催化劑對於電化學製備純淨和清潔的氫氣是技術關鍵。為了替代貴金屬鉑基催化劑,對於地球儲量豐富的元素用於HER的催化劑,例如磷酸鹽,碳化物,氧化物和過渡金屬硫化物等得到廣泛研究。然而,它們的電化學活性仍有待提高,同時易受到電解質的侵蝕,導致穩定性較差。 將電化學活性過渡金屬摻入到一維或二維碳納米結構中,包括碳納米管和石墨烯納米片等,可以製造出各種性能優異的電催化劑。
  • KIST開發用於PEM燃料電池的非鉑基催化劑
    據國外媒體報導:韓國科學技術研究所(KIST)的研究人員開發了一種技術,在通過電解水生產氫氣時,使用廉價的過渡金屬代替鉑(Pt)作為催化劑,可以將效率和耐久性提高到鉑基催化劑的水平。基於聚合物電解質膜(PEM)的水電解裝置,即使是使用過渡金屬製成的催化劑,而不是昂貴的鉑基催化劑,在氫氣生成反應中也具有很高的活性。韓國科學技術院Seong-Jong Yoo博士團隊通過噴霧熱解工藝將少量鈦注入低成本過渡金屬磷化鉬(MoP)中。
  • 中國科大研製出新型質子交換膜燃料電池陰極催化劑
    但質子交換膜燃料電池的陰極端氧還原反應的動力學十分緩慢,需要使用大量貴金屬鉑納米催化劑作為電極催化劑來維持電池的高效運轉,這使得質子交換膜燃料電池的成本十分高昂,限制了其大規模商業化應用。因此,減少質子交換膜燃料電池中貴金屬鉑的用量具有重要意義。  據介紹,在鉑基催化劑中,提高鉑基催化劑在氧還原反應中的質量活性以及催化穩定性是降低貴金屬鉑用量的有效途徑。
  • 中科大研製出新型氫氧燃料電池陰極催化劑
    中安在線、中安新聞客戶端訊 記者1月11日從中科大獲悉,中國科學技術大學曾傑教授團隊與國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。
  • 中國科大等研製出新型氫氧燃料電池陰極催化劑
    中國科學技術大學教授曾傑團隊與國家同步輻射實驗室教授鮑駿團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。該成果日前發表於《美國化學會志》。
  • 【2021 電池工程師培訓】中科大研製出新型氫氧燃料電池陰極催化劑
    記者1月11日從中國科學技術大學獲悉,該校曾傑教授團隊與國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。該成果日前發表於《美國化學會志》。
  • 二維鉑基納米催化劑製備和催化氧還原反應研究獲進展
    蘇州大學材料與化學化工學部黃小青課題組在二維鉑基納米催化劑的製備和催化氧還原反應方面取得重要進展。
  • 【中國科學報】中國科大等研製出新型氫氧燃料電池陰極催化劑
    中國科學技術大學教授曾傑團隊與國家同步輻射實驗室教授鮑駿團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。該成果日前發表於《美國化學會志》。  燃料電池是一種化學電池,它利用物質發生化學反應時釋放出的能量,直接將其變換為電能。
  • 「中國科學報」研製出新型氫氧燃料電池陰極催化劑
    中國科學技術大學教授曾傑團隊與國家同步輻射實驗室教授鮑駿團隊合作,研製出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結構,在氫氧燃料電池陰極反應中表現出高活性和高穩定性,為今後相關電催化劑的設計提供了新思路。該成果日前發表於《美國化學會志》。