北大最新Nature: 新型合金电催化剂

【引言】

通过电催化过程实现化学能与电能之间的高效转化对于众多可再生能源方案来说都是最为核心的环节。而在电催化过程中，基于贵金属铂族金属的电催化剂常常用来提高氧还原（ORR）和析氧（OER）反应的活性和持续性。在酸性条件下，通常会采用合金化、表面张力、配位环境优化等方式来实现铂基纳米晶的高ORR性能。然而，因为氢氧化物的存在，在碱性条件下优化电催化过程依然是极大的挑战。

【成果简介】

北京大学的郭少军（通讯作者）等人报道了可在碱性电解质中进行高效ORR和OER的电催化剂—PdMo bimetallene。据研究介绍，PdMo bimetallene是一种具有高曲率、亚纳米级别厚度的铂-钼合金。研究采用一锅法，以不存在有机保护剂的情况下合成了铂-钼合金超薄纳米片。这种薄层结构使得Bimetallene具有巨大的电化学活性表面，其表面积可达到138.7m^-2 g（铂），同时原子利用率也得到显著提高，在碱性电解质ORR反应中表现出优异的活性。经检测发现，其ORR活性可达到商业催化剂Pt/C的78倍，是商业化催化剂Pd/C的327倍，此外经过30000次的循环过程，其活性只有很小的衰减。研究还利用密度泛函理论计算揭示了合金效应、表面应变以及量子尺寸效应是提高电催化性能关键。2019年09月25日，相关成果以题为“PdMo bimetallene for oxygen reduction catalysis”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 PdMo bimetallene的形貌结构及成分表征

图2 PdMo bimetallene与Pd metallene/C、商业化催化剂之间的电催化性能比较

图3 DFT计算

文献链接：PdMo bimetallene for oxygen reduction catalysis（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1603-7）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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