我电催化析氢材料设计取得突破性进展
- 发布时间：2014-10-13 01:31:05 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
科技日报讯 （记者刘志强）“Less is more”是著名德国建筑师米斯·凡德洛说过的一句话。这种“少即多”的设计理念被借鉴于电催化析氢材料设计工作，近日由贵州省纳米材料模拟与计算重点实验室副教授邓明森和中科大教授熊宇杰、江俊课题组共同完成的《电催化析氢材料设计取得突破性进展：Less is more》近日在德国应用化学杂志《Angewandte Chemie》上发表，并被该期刊以封底形式加以介绍。
电催化析氢反应是在金属电极表面放氢腐蚀的阴极过程，是在可逆氢燃料电池中产氢的重要过程。金属铂是该系列反应中最具催化活性的金属材料，然而其高成本促使人们一直在寻找降低铂用量的方法。迄今为止，业界还未能开发出降低铂用量且保持高电催化活性的技术。
邓明森、熊宇杰、江俊团队通过理论模拟方法研究金属铂和钯的界面，发现此两种金属功函数的差异会导致金属铂表面产生极化作用，从而在其表面聚集负电荷，有利于促进析氢反应的发生。进一步尺寸依赖性研究表明，该极化作用随着铂层厚度的增加而减弱，因此可以通过铂层厚度控制来调控电催化析氢性能。基于该发现，研究人员设计了一类铂—钯—石墨烯叠层复合结构，并发展了铂层厚度精准控制的合成方法，制造出一系列铂层可调的复合结构。正如理论模拟所预计，该系列复合结构在电催化析氢反应中展现出可调变的性能，当铂层厚度控制在4个原子层范围内时达到性能最高值，其-300 mV电压下的电流密度791 mA cm-2和塔菲尔斜率10 mV decade-1远优于目前商用的铂碳电极材料。
据介绍，该突破性进展使得业界将能够在降低金属铂用量的同时极大地提高电催化析氢活性，为开发低成本、高性能电催化材料铺平了道路。该研究发现有助于加深人们对复合结构材料中电荷极化行为和机制的认识，也对复合结构电催化剂的理性设计具有重要推动作用。
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