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蘇州納米所在金屬合金晶體結構調控電催化性能方面取得進展

2019-04-18     來源:中國科學院

  金屬合金納米材料由于其獨特的物理化學性質吸引了研究者廣泛關注,特別是在催化領域表現出了突出的催化活性、選擇性和穩定性。近些年來,各種各樣的策略已經被用來改進合金納米材料的催化性能,例如調控尺寸、形貌或組分。然而,由于合成上的巨大挑戰,對金屬合金晶體結構的調控卻相對少見。眾所周知,在不同晶體結構中金屬原子的堆積模式直接決定了金屬材料自身迥異的電子結構,而這對其非均相催化性能有著至關重要的影響。

  針對這一挑戰,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員王強斌團隊首次將非貴金屬材料的晶體結構調控策略引入到析氧催化劑活性的優化上。NiFe合金材料由于其低成本和固有的催化活性成了析氧催化劑的研究熱點。盡管已經發展了很多NiFe合金復合材料的催化劑,但是由于合成上的困難,目前的研究都局限于面心立方結構。通過實現NiFe合金其他晶體結構的控制合成來探索更優的析氧催化性能成為研究的難點。研究人員利用巧妙的合成方式制備了氮摻雜碳包覆的密堆六方結構NiFe合金催化劑([email protected]),測試結果表明,在1.0M KOH電解液中,當電流密度達到10 mA/cm2100 mA/cm2時,[email protected](催化劑負載量為0.25 mg/cm2)分別僅需要226 mV263 mV的超低過電位,明顯優于相同條件下面心立方結構的NiFe催化劑以及大多數已報道的其他材料的催化性能。同時該催化劑也表現出了優越的穩定性。這些優異的性能為其在未來推向實際工業化應用提供了重要的支撐。這種通過對金屬合金晶體結構的調控,改變了合金固有的原子排布以及電子結構,進而實現其催化活性的優化,給未來設計合成新的高活性的電催化劑提供了新的思路。

  相關研究成果已發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition,DOI: 10.1002/anie.201902446)上。該工作得到國家自然科學基金的資助(No. 21425103, 21501192)。

 

圖:不同晶體結構NiFe合金與貴金屬基催化劑的析氧反應極化曲線對比。

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