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深圳先进院成功揭示黑磷化学活性构建高效铂磷催化剂

2019-12-17

近来,我国科学院深圳先进技术研讨院喻学锋研讨员课题组在黑磷化学活性和催化使用范畴取得新进展,相关效果以Rapid Activation of Platinum via Black Phosphorus for Efficient Hydrogen Evolution 为题在线发表于化学范畴的尖端刊物Angewandte Chemie International Edition。论文一起榜首作者是王欣博士和白力诚博士,通讯作者是喻学锋研讨员。论文合作者包含Paul K Chu院士和Seeram Ramakrishna院士等。 

氢能作为一种环境友好的动力可用于代替化石燃料,电化学分化水制备氢气是取得氢能有用的办法之一。在电化学析氢范畴,铂因为其高功能和稳定性,是最有用且难以被代替的析氢反响催化剂,在氢燃料电池和许多工业催化中简直无可代替。可是,因为铂在地壳中的储量极低,导致其本钱昂扬,一克铂的价格高达数百元,严重地阻止了其大规模工业使用。因而,进步铂的催化功率对铂催化剂开发与使用至关重要。 

将异质元素引进金属催化剂可以带来协同配体或应变效应,是改动金属催化剂的电子/化学性质的有用办法。可是,铂的结构和化学稳定性使该进程变得困难,一般需求高温、超高真空或物理溅射/蒸镀等严苛的条件,对设备的高要求增加了其制备本钱。此外,以上办法很难转变成大规模、低本钱且商业上可行的办法。因而,开发有用的战略以精确地操控铂催化剂的电子结构非常具有挑战性。 

在本项研讨中,喻学锋研讨员团队提醒了黑磷对铂催化剂共同的活化效果,使用黑磷与铂之间的共同的强吸附效果所自发构成的铂-磷键,有用调控了铂的电子结构。研讨结果表明铂-磷键的构成,对铂纳米颗粒发生强壮的协同配体效应,且该成键才能为黑磷所独有,红磷与铂就无法构成铂-磷键。铂-磷键可以促进铂催化剂的d带中心下移,然后改动电化学反响中间体的吸附自由能。经过改动黑磷烯的参加量可完结铂-磷键含量的调控,使得铂催化剂的电化学功能大幅提高。根据这种黑磷的活化效果,只需求很少数的黑磷烯,即可使得铂催化剂的电化学析氢功能提高3.5倍,且在室温条件下该反响数分钟内即可完结,这表明该铂磷催化剂具有巨大的使用价值。这项作业还为提高各种铂基催化剂的催化功率供给了新办法,对燃料电池和工业催化等范畴的研讨都含义严重。研制团队正依托合作企业兴发集团活跃推进此类黑磷-金属复合催化剂的工业使用。 

本项目得到了国家自然科学基金、中科院前沿要点研讨项目、我国博士后科学基金、深圳市基础研讨布局等项目的赞助。 

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911696 

图:黑磷活化铂催化剂的功能示意图 

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