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a.透射電鏡圖片 b.亞硫酸鹽在鉑鎳共還原中的作用 c.該類納米線優越的析氫活性

 

 

       近日，從西安交通大學獲悉,該校前沿科學技術研究院高傳博教授課題組（以下簡稱“課題組”）利用表面硫修飾的鉑—非貴金屬合金納米線作為催化劑，在堿性條件下實現了高效的電解水析氫性能。這一成果發表在最新出版的國際化學領域權威期刊《德國應用化學》上，該催化劑是通過簡單的水熱方法合成的，具有較低的制備成本。

 

       氫燃料電池以氫氣作為燃料，以發電過程無污染、能量轉換效率高、氫氣來源廣泛且可再生等優勢，是目前發展最好的燃料電池。低成本、高效析氫性能的鉑-非貴金屬合金納米線或將是新能源行業一位“貴客”。

 

       超細鉑-非貴金屬合金納米線具有尺寸小、比表面積大、導電性好及具有雙金屬效應等特點，是一類理想的催化劑。截至目前，絕大部分報道的超細鉑-非貴金屬合金納米線是在油相體系中制備的，存在合成成本高、非環境友好及強表面封端劑難以有效去除等不足。相比之下，水相合成方法能很好地彌補油相合成方法的這些不足。然而，由于鉑鹽與非貴金屬鹽存在較大的氧化還原電位差，難以在水溶液中實現兩者的有效共還原。因此，發展形貌、組成和尺寸可控的鉑-非貴金屬合金納米材料的水相合成方法依然是研究難點，對于高效鉑基催化劑的研發具有重要意義。

     

      課題組將化學鍍原理引入到貴金屬納米材料的水相合成體系，通過亞硫酸鹽的引入有效彌補了金屬鹽還原電位之間的巨大差異，從而實現了鉑鹽與非貴金屬鹽的共還原，成功制備了一系列超細鉑-非貴金屬合金納米線（直徑約2.6 nm）。亞硫酸鹽的引入還導致了表面硫修飾，在超細納米線的表面構筑了大量原子級別的Pt/M-S(OH)界面，從而在堿性條件下具有優異的析氫（HER）活性。在1 M KOH電解液中，含3 µg Pt的納米線在70 mV的過電位下便可得到75.3 mA cm–2的活性，為商業鉑碳催化劑的5.1倍，優于先前報道的催化劑。

 

      堿性條件下的析氫反應作為電解水制氫及氯堿工業的主要反應之一，通常需要在較高的過電勢下才能進行，因此導致嚴重的電能損耗，制備高效催化劑以降低這一反應所需的過電勢，有望顯著降低這些應用的電能損耗。該類材料有望在實際應用中實現優越的性能及更低的電能損耗。