铂(Pt)基材料是酸性电解质中析氢反应活性最高、稳定性最强的电催化剂;但是它的低丰度以及昂贵的价格限制了其在质子交换膜电解水(PEMWE)技术中的应用.因此,最小化Pt的使用量并且保持其高活性成为研究热点.在本文中我们利用低温抑制成...铂(Pt)基材料是酸性电解质中析氢反应活性最高、稳定性最强的电催化剂;但是它的低丰度以及昂贵的价格限制了其在质子交换膜电解水(PEMWE)技术中的应用.因此,最小化Pt的使用量并且保持其高活性成为研究热点.在本文中我们利用低温抑制成核反应冷冻干燥合成法,促使Pt组分高度分散地锚定在富含缺陷的W_(18)O_(49)纳米线上(Pt-W_(18)O_(49)),进而实现了酸性电解质中高效稳定的析氢过程.第一性原理计算证明了Pt组分与W_(18)O_(49)载体之间的强电荷相互作用可以提升析氢性能.Pt-W_(18)O_(49)催化剂中Pt用量仅为商业化20 wt%Pt/C催化剂的1/10,该催化剂在0.5 mol L^(−1)H_(2)SO_(4)电解质中达到100和1000 mA cm^(−2)电流密度时的过电位分别为116和743 mV,超过了商业化的Pt/C催化剂.该催化剂可以在500 mA cm^(−2)的高电流密度条件下持续析氢超过38 h,没有明显的性能衰减.本工作为PEMWE技术的实际应用中降低Pt用量却保持高活性开创了新的研究思路.展开更多
基金the National Natural Science Foundation of China(21866028)the Development and Innovation Program of Bingtuan(2012QY13)+1 种基金the Program of Science and Technology Innovation Team in Bingtuan(2020CB006)the Achievement Transformation and Technique Popularization Project of Shihezi University(CGZH201910).
文摘铂(Pt)基材料是酸性电解质中析氢反应活性最高、稳定性最强的电催化剂;但是它的低丰度以及昂贵的价格限制了其在质子交换膜电解水(PEMWE)技术中的应用.因此,最小化Pt的使用量并且保持其高活性成为研究热点.在本文中我们利用低温抑制成核反应冷冻干燥合成法,促使Pt组分高度分散地锚定在富含缺陷的W_(18)O_(49)纳米线上(Pt-W_(18)O_(49)),进而实现了酸性电解质中高效稳定的析氢过程.第一性原理计算证明了Pt组分与W_(18)O_(49)载体之间的强电荷相互作用可以提升析氢性能.Pt-W_(18)O_(49)催化剂中Pt用量仅为商业化20 wt%Pt/C催化剂的1/10,该催化剂在0.5 mol L^(−1)H_(2)SO_(4)电解质中达到100和1000 mA cm^(−2)电流密度时的过电位分别为116和743 mV,超过了商业化的Pt/C催化剂.该催化剂可以在500 mA cm^(−2)的高电流密度条件下持续析氢超过38 h,没有明显的性能衰减.本工作为PEMWE技术的实际应用中降低Pt用量却保持高活性开创了新的研究思路.