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據(jù)外媒報(bào)道，香港科技大學(xué)（HKUST）和廈門大學(xué)（廈門大學(xué)）的研究人員對(duì)表面釕原子如何提高鉑的析氫和氧化活性有了新的認(rèn)識(shí)。這一發(fā)現(xiàn)開辟了新方法，有助于合理設(shè)計(jì)用于電解槽和燃料電池應(yīng)用的更先進(jìn)的催化劑。
氫是一種不含碳的清潔能源載體，有望在促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用，可再生能源可通過電解槽中的析氫反應(yīng)（HER）制氫，并利用水制氫；并通過燃料電池中的氫氧化反應(yīng)（HOR）消耗氫氣來發(fā)電。
不幸的是，在堿性介質(zhì)中，即使使用最活躍的鉑催化劑，這兩個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)仍然非常緩慢，緩慢的反應(yīng)速率影響了這兩種電化學(xué)裝置的效率并阻礙了它們的大規(guī)模應(yīng)用，已知可以通過表面改性或與釕合金化來提高HER/HOR的鉑反應(yīng)速率。然而，這種方法幾十年來一直存在爭(zhēng)議，部分原因是缺乏對(duì)催化劑表面氫原子行為的直接觀察。
為了揭開鉑釕雙金屬催化劑提高HER/HOR反應(yīng)速率的奧秘，香港科技大學(xué)化學(xué)與生物工程與能源研究所邵敏華教授帶領(lǐng)的研究小組使用了強(qiáng)大的表面增強(qiáng)紅外吸收光譜（ SEIRAS）直接監(jiān)測(cè)不同表面上重要反應(yīng)中間體氫原子的鍵強(qiáng)度。通過全面的電化學(xué)、光譜學(xué)和理論研究，研究人員證實(shí)，與亞表面鉑相互作用的表面釕原子比鉑活性高一個(gè)數(shù)量級(jí)，即釕原子是系統(tǒng)中的主要活性位點(diǎn)，而不是鉑原子。
研究人員表示：“以前的工作主要使用傳統(tǒng)的電化學(xué)和表征技術(shù)，無法直接監(jiān)測(cè)氫反應(yīng)中間體的吸附行為。在這項(xiàng)研究中，我們使用了強(qiáng)大的表面增強(qiáng)紅外吸收光譜，這是非常罕見的?！敝苯涌吹奖砻鏆湓拥募夹g(shù)。同時(shí)，它為我們提供了關(guān)于釕如何提高活性的更直接的信息。這項(xiàng)工作排除了最常見的理論，即鉑和釕之間的界面雙功能效應(yīng)是活性增加的原因?qū)槲磥碓O(shè)計(jì)更先進(jìn)的 HER/HOR 催化劑開辟新方向。無論是在水電解槽還是氫燃料電池中，都將有助于減少貴金屬的使用?！?/span>
目前，基于這些發(fā)現(xiàn)，研究人員正在開發(fā)實(shí)用的高性能雙金屬鉑-釕電催化劑。
