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中國科大設計出一種基于鈷納米晶的電解水產氫催化劑
來源:氫分子產業網 發表時間:2016-5-9 8:08:11 閱讀:8600

人民網北京5月6日電 近日,中國科學技術大學教授馬明明課題組設計了一種由鈷納米晶自組裝形成的納米空心球,可以作為催化劑在中性水溶液中高效地催化電解水產生氫氣,并且可以在大電流密度下長時間穩定工作。該研究成果在線發表在Angew. Chem. Int. Ed.(doi:10.1002/anie.201601367)上,并被選為內封面。論文的第一作者是課題組博士生劉炳瑞。

    

目前工業上使用的電解水產氫催化劑多采用以鉑為代表的貴金屬材料,價格昂貴且資源匱乏。利用非貴金屬材料制備電解水產氫催化劑成為研究熱點,但目前的電解水產氫催化劑大多需要在強酸或者強堿性電解液中使用,這可能帶來一些環境和安全問題。為此,發展可以在中性電解液中工作的高性能產氫電催化劑具有重要的應用價值。

馬明明課題組利用“犧牲模板法”制備了由直徑為5-10 nm的鈷納米晶自組裝形成的直徑為100 nm的納米空心球(Co-HNP),用一層含鈷、鎢、磷和硼的復合氧化物將鈷納米晶粘結在一起形成球殼,并保護鈷納米晶不被氧化。將這種納米空心球緊密吸附到導電碳布上做成電極,可以既保證鈷納米晶之間以及鈷納米晶與碳布之間有效的電子傳遞,又保持了納米催化劑的高比表面積和尺寸效應,從而實現了電極的高催化活性。另一方面,由于復合氧化物保護層的存在,該催化劑可以在中性水溶液中以150 mA cm-2的大電流密度產氫20小時而不發生明顯失活。在相同條件下,商用鉑/碳催化劑在3小時產氫后已經發生嚴重失活。由此可見,基于鈷納米晶的納米空心球催化劑,在中性水溶液中兼具高活性和高穩定性,具有優于貴金屬鉑/碳催化劑的性能。

這一工作對于設計發展基于非貴金屬納米晶的高性能電化學催化劑有重要意義。

該研究得到了國家自然科學基金和中組部青年千人計劃的資助。

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