人民網(wǎng)北京5月6日電 近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬明明課題組設(shè)計(jì)了一種由鈷納米晶自組裝形成的納米空心球，可以作為催化劑在中性水溶液中高效地催化電解水產(chǎn)生氫氣，并且可以在大電流密度下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。該研究成果在線發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.（doi:10.1002/anie.201601367）上，并被選為內(nèi)封面。論文的第一作者是課題組博士生劉炳瑞。
目前工業(yè)上使用的電解水產(chǎn)氫催化劑多采用以鉑為代表的貴金屬材料，價(jià)格昂貴且資源匱乏。利用非貴金屬材料制備電解水產(chǎn)氫催化劑成為研究熱點(diǎn)，但目前的電解水產(chǎn)氫催化劑大多需要在強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿性電解液中使用，這可能帶來(lái)一些環(huán)境和安全問(wèn)題。為此，發(fā)展可以在中性電解液中工作的高性能產(chǎn)氫電催化劑具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
馬明明課題組利用“犧牲模板法”制備了由直徑為5-10 nm的鈷納米晶自組裝形成的直徑為100 nm的納米空心球（Co-HNP），用一層含鈷、鎢、磷和硼的復(fù)合氧化物將鈷納米晶粘結(jié)在一起形成球殼，并保護(hù)鈷納米晶不被氧化。將這種納米空心球緊密吸附到導(dǎo)電碳布上做成電極，可以既保證鈷納米晶之間以及鈷納米晶與碳布之間有效的電子傳遞，又保持了納米催化劑的高比表面積和尺寸效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了電極的高催化活性。另一方面，由于復(fù)合氧化物保護(hù)層的存在，該催化劑可以在中性水溶液中以150 mA cm-2的大電流密度產(chǎn)氫20小時(shí)而不發(fā)生明顯失活。在相同條件下，商用鉑/碳催化劑在3小時(shí)產(chǎn)氫后已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重失活。由此可見(jiàn)，基于鈷納米晶的納米空心球催化劑，在中性水溶液中兼具高活性和高穩(wěn)定性，具有優(yōu)于貴金屬鉑/碳催化劑的性能。
這一工作對(duì)于設(shè)計(jì)發(fā)展基于非貴金屬納米晶的高性能電化學(xué)催化劑有重要意義。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中組部青年千人計(jì)劃的資助。 |
