析氢反应电催化剂研究:新材料替换铂金

   中国科学信息网6月27日讯:复旦大学26日发布,该校材料科学系吴仁兵、方方教授团队在高效非贵金属析氢电催化剂方面获新进展,相关研究成果近日发表于国际期刊《先进材料》。

  氢能原料丰富、燃烧值高、零污染,被科学家和大众寄予厚望。要想发展氢能技术,不可或缺的一步就是把水通过电化学反应转换成氢气,这就是析氢反应。但析氢反应所需过电位较高,需要加入催化剂降低过电位,提高反应速率。目前,贵金属铂是表现最为优异的催化剂,但是很难进入规模化应用。而过渡族金属元素如铁、钴、镍,催化效果与铂相比还有很大差距,这一类催化剂的效果并没有令人满意。

  该研究团队突破了现有利用过渡金属纳米材料发展高活性析氢反应电催化剂的瓶颈,创造性地制备出零维钴纳米粒子、一维氮掺杂碳纳米管和二维石墨烯耦合而成的分级复合结构体系,以解决过渡金属如铁、钴、镍纳米颗粒对氢原子的吸附较强而不容易脱附、颗粒易团聚、比表面积低、在电解液的操作环境下不稳定等问题,取得了催化活性和稳定性与贵金属铂相接近的研究成果。

  该体系具备高导电率、丰富的孔隙率、钴纳米颗粒高分散性及充分暴露的活性位点(钴—氮—碳),使其作为析氢反应电催化剂时,在酸、碱电解液中的析氢催化活性已接近贵金属铂基催化剂。

  专家表示,析氢反应电催化剂研究的突破,既对电解水制氢技术的优化产生了重要推动,也为低成本条件下规模提取更高纯度的氢气提供了可能性。新成果将为更多科学研究提供一个用廉价元素替代昂贵元素的方向,也将对清洁能源产业特别是氢能利用领域产生较为深远的影响。

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