電化學分解水是一種很有前途的製氫方法。 然而,陽極析氧反應(OER)的緩慢動力學限制了電解製氫的整體效率,導致電解過程的總能耗較高。 同時,PT基催化劑具有優異的電化學活性、化學穩定性和耐腐蝕性等優異的電催化效能,被認為是水分解的良好電催化劑,但其儲量高且稀缺,限制了其大規模應用。 因此,開發用於氫氣有機水電分析的低PT負載雙功能催化劑已成為替代傳統水電解的有效策略,既可以通過降低電池電壓來降低析氫能耗,又可以在陽極獲得高附加值的有機化工產品(如將CH3OH氧化成HCOOH), 做出具有學術和工業意義的反應。
最近羅靜麗,深圳大學跟趙斌通過介面工程改變了催化劑的電子結構,合成了雙單分散PT-Ni3S2非均相奈米晶(DMD PT-Ni3S2 HNC)作為雙功能催化劑。 具體來說,研究人員使用熱注入方法比較了尺寸約為2nm的次級單分散PT奈米晶體和尺寸約為9的二次單分散PT奈米晶將6 nm初級單分散Ni3S2奈米晶通過化學作用異質結合,形成“DMD Pt-Ni3S2 HNC”,在緻密的異質介面上具有豐富的晶格缺陷,作為電荷傳輸通道。 這些異質結介面可以進一步誘導豐富的活性位點的產生,從而提高催化劑的催化活性,對研究甲醇氧化和氫反應的機理具有重要意義。 實驗結果表明,合成的“DMD PT-Ni3S2 HNC”在1在45 VRHE下,CH3OH可以選擇性地催化生成更有價值的化合物(HCOoh),電流密度為100 mA cm-2,法拉第效率(Fe>98%)較高。
值得注意的是,“DMD PT-Ni3S2 HNCs”由於具有精細的介面電子調製和雙單分散特性,表現出優異的雙功能活性,這在1在0 M KOH溶液中實現10 mA cm-2的電流密度所需的HER過電位僅為61 mV。 此外,實驗研究和理論分析表明,“DMD PT-Ni3S2 HNCs”表面PT奈米晶的存在對**Ni位點的促進和穩定起著至關重要的作用,並進一步加速了H*的轉化和H2的析氫解吸,並顯著提高了HER活性。 綜上所述,高度分散的PT奈米晶與Ni3S2奈米晶之間的介面提供了較強的電子相互作用,使具有協同活性位點的“DMD PT-Ni3S2 HNC”在雙功能電催化反應中表現出優異的效能和選擇性,最終實現了甲酸鹽和氫的同時形成。
interfacial electronic modulation of dual-monodispersed pt–ni3s2 as efficacious bi-functional electrocatalysts for concurrent h2 evolution and methanol selective oxidation. nano-micro letters, 2024. doi: 10.1007/s40820-023-01282-4