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我院庄仲滨教授在氢气氧化电催化机理研究取得进展

时间:2017-05-09 阅读次数:


    近日,我院庄仲滨教授在《J. Am. Chem. Soc.》上发表题为“Investigating the influences of the adsorbed species on catalytic activity for hydrogen oxidation reaction in alkaline electrolyte”(Siqi Lu, Zhongbin Zhuang* 2017, 139, 5156-5163)的研究论文。博士生卢思奇为该论文第一作者。该期刊为美国化学会出版化学类综合性研究期刊,2015年影响因子为13.038。
   因能源问题和环境问题的日趋严重,燃料电池作为一种直接将化学能转化为电能的新能源装置受到越来越多的关注。然而,目前燃料电池大量使用Pt催化剂,造成成本过高,阻碍了它的实用化进程。近年来,碱性膜燃料电池因可以使用非贵金属阴极催化剂而成为研究的热点。但是发生氢氧化反应(HOR)的阳极的高Pt用量仍是瓶颈。目前,碱性条件下HOR反应机制仍存在争议,氢氧根(OH−)在反应过程中的作用机制仍不明确。针对这一问题,庄仲滨教授课题组设计并合成了表面可控的PtNi合金系列催化剂,它们具有特殊的表面吸附性能,并以此为模型探讨了碱性条件下的HOR反应机制。由于合金效应,PtNi的氢吸附能与纯Pt相比显著下降。而其OH吸附能力则可以通过表面的Ni原子调控。表面含Ni的PtNi合金具有很强的OH吸附,而当表面Ni被酸洗去后OH吸附减弱。通过对比三种不同组成催化剂碱性HOR活性表明,OH吸附对碱性条件下HOR的活性并没有显著的影响,而氢吸附能的降低则是导致HOR活性提高的主要原因。该结果支持氢气在催化剂表面氧化后脱附生成氢离子,然后氢离子与溶液中OH−反应生成水的机理。该项研究表明催化剂氢吸附能是决定碱性条件下HOR反应活性的主要因素,调控氢吸附能是获取高性能碱性HOR催化剂的有效途径。