引言

通過電催化過程實現(xiàn)化學(xué)能與電能之間的高效轉(zhuǎn)化對于眾多可再生能源方案來說都是最為核心的環(huán)節(jié)。而在電催化過程中，基于貴金屬鉑族金屬的電催化劑常常用來提高氧還原（ORR）和析氧（OER）反應(yīng)的活性和持續(xù)性。在酸性條件下，通常會采用合金化、表面張力、配位環(huán)境優(yōu)化等方式來實現(xiàn)鉑基納米晶的高ORR性能。然而，因為氫氧化物的存在，在堿性條件下優(yōu)化電催化過程依然是極大的挑戰(zhàn)。

成果簡介

北京大學(xué)的郭少軍（通訊作者）等人報道了可在堿性電解質(zhì)中進(jìn)行高效ORR和OER的電催化劑—PdMo bimetallene。據(jù)研究介紹，PdMo bimetallene是一種具有高曲率、亞納米級別厚度的鉑-鉬合金。研究采用一鍋法，以不存在有機(jī)保護(hù)劑的情況下合成了鉑-鉬合金超薄納米片。這種薄層結(jié)構(gòu)使得Bimetallene具有巨大的電化學(xué)活性表面，其表面積可達(dá)到138.7m-2 g（鉑），同時原子利用率也得到顯著提高，在堿性電解質(zhì)ORR反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，其ORR活性可達(dá)到商業(yè)催化劑Pt/C的78倍，是商業(yè)化催化劑Pd/C的327倍，此外經(jīng)過30000次的循環(huán)過程，其活性只有很小的衰減。研究還利用密度泛函理論計算揭示了合金效應(yīng)、表面應(yīng)變以及量子尺寸效應(yīng)是提高電催化性能關(guān)鍵。2019年09月25日，相關(guān)成果以題為“PdMo bimetallene for oxygen reduction catalysis”的文章在線發(fā)表在Nature上。

圖文導(dǎo)讀

1 圖1 PdMo bimetallene的形貌結(jié)構(gòu)及成分表征

2 圖2 PdMo bimetallene與Pd metallene/C、商業(yè)化催化劑之間的電催化性能比較

3 圖3 DFT計算

文獻(xiàn)鏈接：PdMo bimetallene for oxygen reduction catalysis（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1603-7）