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                香港科技大學發現新機制 可提高氫燃料電池中雙金屬催化劑的活性

                發布日期:2021-08-19

                核心提示:香港科技大學發現新機制 可提高氫燃料電池中雙金屬催化劑的活性
                據外媒報道,香港科技大學(HKUST)和廈門大學(Xiamen University)的研究人員揭示,對表面釕原子如何改善鉑的析氫和氧化活性的新認識。這一發現打開了新的途徑,有助于合理設計更加先進的催化劑,以用于電解槽和燃料電池應用。
                 
                電池,氫燃料,燃料電池,香港科技大學,雙金屬催化劑,釕,鉑,氫燃料電池,
                (圖片來源:香港科技大學)
                 
                氫是不含碳的清潔能源載體,在推進可持續社會發展方面,有望扮演重要角色??梢允褂每稍偕茉?,通過電解槽中的析氫反應(HER),用水來制氫;并在燃料電池中通過氫氧化反應(HOR)消耗氫來發電。
                 
                不幸的是,在堿性介質中,即使使用最活躍的鉑催化劑,這兩種反應的動力學表現仍然很緩慢。緩慢的反應速率,使這兩種電化學裝置的效率受到影響,并阻礙其大規模應用。已知可以通過表面改性或與釕形成合金,來提升HER/HOR的鉑反應速率。然而,數十年來,這種做法受到爭議,部分原因在于對催化劑表面的氫原子行為缺乏直接觀察。
                 
                為了揭示鉑-釕雙金屬催化劑提升HER/HOR反應速率的謎底,由HKUST化學與生物工程系及能源研究所的Minhua Shao教授領導的研究團隊,通過強大的表面增強紅外吸收光譜(SEIRAS),直接監控不同表面上重要的反應中間體氫原子的粘結強度。通過綜合的電化學、光譜學和理論研究,研究人員證實,與次表面鉑相互作用的表面釕原子,比鉑的活性高一個數量級,即釕原子是該系統中的主要活性位點,而不是鉑原子。
                 
                研究人員表示:“以前的工作主要使用傳統電化學和表征技術,不能直接監測氫反應中間體的吸附行為。在這項研究中,我們使用了強大的表面增強紅外吸收光譜,這是極少數可以直接看到表面氫原子的技術之一。同時,為我們提供了關于釕如何提高活性的更直接的信息。這項工作排除了最普遍的理論,即鉑和釕之間界面的雙功能效應是活性增加的原因,并為未來設計更加領先的HER/HOR催化劑打開新的方向。不論在水電解槽或氫燃料電池中,都將有助于減少使用貴金屬。”
                 
                目前,基于這些發現,研究人員正在開發實用的高性能雙金屬鉑-釕電催化劑。

                 
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