科技日報記者 史俊斌 通訊員 劉昱含
記者10月8日從西安交通大學(xué)獲悉，該校前沿科學(xué)技術(shù)研究院金明尚教授團隊與上海交通大學(xué)鄔劍波教授、美國加州大學(xué)河濱分校殷亞東教授課題組密切合作，找到鉑催化劑晶格應(yīng)變的精準(zhǔn)、連續(xù)調(diào)節(jié)路徑。該成果以《調(diào)控鉑催化劑表面實現(xiàn)高效電催化》為題，于10月6日發(fā)表在國際著名科學(xué)期刊《自然》上，它不僅從根本上探索應(yīng)變?nèi)绾斡绊戙K電催化，還為制造用于可再生能源轉(zhuǎn)換反應(yīng)的高性能鉑催化劑提供了一條有前途的途徑。
鉑催化劑是目前能源領(lǐng)域最重要的一類催化劑，已被廣泛應(yīng)用于燃料電池、水分解制氫等可持續(xù)能源系統(tǒng)中。如何實現(xiàn)鉑催化劑表面應(yīng)變的精準(zhǔn)、連續(xù)調(diào)控是催化領(lǐng)域備受關(guān)注和亟待解決的挑戰(zhàn)性難題。
利用鈀基納米立方體內(nèi)核在磷化/去磷化過程中的體積伸縮調(diào)控鉑殼層晶格應(yīng)變。受訪單位供圖
金明尚教授研究團隊在前期發(fā)現(xiàn)鈀（Pd）納米晶體可以通過磷化和去磷化反應(yīng)實現(xiàn)體積連續(xù)改變的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種基于鉑基核殼結(jié)構(gòu)的磷化和去磷化處理的全新應(yīng)變調(diào)節(jié)方法。將鉑沉積于鈀基材料表面形成Pd@Pt及PdP@Pt核殼結(jié)構(gòu)，結(jié)合前期研究中曾發(fā)現(xiàn)對鈀納米立方體進行磷化處理會引起明顯的體積膨脹，通過去磷化處理又可使PdP納米顆粒體積回縮至初始狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)對Pd@Pt（PdP@Pt核殼結(jié)構(gòu)）進行磷化（去磷化）處理可以獲得相應(yīng)的拉伸（壓縮）應(yīng)變。再通過控制磷化（去磷化）程度調(diào)節(jié)實現(xiàn)了鉑晶格伸縮程度的精準(zhǔn)調(diào)控，得到在-5.1%到5.9%范圍連續(xù)可調(diào)的晶格應(yīng)變，系統(tǒng)分析了實驗條件對晶格應(yīng)變的影響，并結(jié)合理論計算揭示了晶格應(yīng)變能改變催化體系中關(guān)鍵物種在鉑催化劑表面的吸附強度和吸附位點從而影響其催化活性。尤其是在深入理解鉑催化劑“應(yīng)變—活性”構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)變優(yōu)化使鉑催化劑在甲醇電催化氧化和析氫反應(yīng)中的活性分別提升2.5倍和1.5倍以上。也為高效鉑催化劑的設(shè)計和制備提供了詳細的理論指導(dǎo)和全新的實驗方法，并有望應(yīng)用于燃料電池、電解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧等領(lǐng)域，助力國家能源戰(zhàn)略。
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