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西安交大最新铂催化剂研究成果刊发《自然》

来源:陕西科技报 | 日期:2021-10-09
        陕西科技报讯(记者  周励)铂催化剂是目前能源领域最重要的一类催化剂,如何实现铂催化剂表面应变的精准、连续调控,是催化领域备受关注和亟待解决的挑战性难题。10月6日,国际顶尖科学期刊《自然》刊发西安交通大学金明尚教授团队最新研究成果“调控铂催化剂表面实现高效电催化”,展示在催化剂表面应变调控提升铂催化性能方面取得重要进展。该创新成果不仅从根本上探索应变如何影响铂电催化,而且还为制造用于可再生能源转换反应的高性能铂催化剂提供了一条新途径。
       
        据介绍,铂催化剂已被广泛应用于燃料电池、水分解制氢等可持续能源系统中。应变调节能控制铂原子间距离,从而灵敏地改变其电子结构,进一步结合晶面调控可以在原子尺度上针对特定催化体系实现铂催化剂表面活性位点电子和几何结构的优化,进而获得高效铂催化剂。目前,催化剂表面应变调节主要依赖于铂在另一种材料表面的沉积(形成核壳结构)。虽然铂和其他材料之间存在晶格常数差异,但这种获得表面应变的方式难以实现应变的精准、连续调节。
        金明尚教授研究团队在前期发现钯纳米晶体可以通过磷化和去磷化反应实现体积连续改变的基础上,发展了一种基于铂基核壳结构的磷化和去磷化处理的全新应变调节方法。该方法可应用于不同表面结构的铂催化剂表面应变的调节,甚至有望进一步拓展至其他材料,具有普适性。
        更为重要的是,在深入理解铂催化剂“应变—活性”构效关系的基础上,该团队通过应变优化使铂催化剂在甲醇电催化氧化和析氢反应中的活性分别提升2.5倍和1.5倍以上。晶格应变调节方法的开发为高效铂催化剂的设计和制备提供了详细的理论指导和全新的实验方法,并有望应用于燃料电池、电解水产氢产氧等领域,助力国家能源战略。
       该研究工作在金明尚教授的带领下,由金明尚教授、上海交通大学邬剑波教授和美国加州大学河滨分校殷亚东教授共同指导完成。西安交大为第一单位和通讯单位,研究工作得到国家自然科学基金“能源有序转化”基础科学中心项目、国家自然科学基金面上项目、多相流国家重点实验室自主课题以及开放课题等项目的资助和支持。
  
金明尚简介:
        金明尚,西安交通大学教授,博导。2012年3月入职西安交通大学,2016年入选西安交通大学青年拔尖人才计划,2018年入选陕西省普通高校青年杰出人才支持计划,2021年入选“爱思唯尔2020年度中国高被引学者”。在Nature, Angew. Chem. Int. Ed.,Nat. Commun.等国际著名期刊上发表60余篇研究论文,其中有8篇是SCI高被引论文,引用7000余次。受到国际材料学会、中国化学会等邀请作特邀报告5次。主持国家自然科学基金项目4项,授权国家发明专利3项,美国专利1项。
作者:周励 | 责任编辑 | 丹若
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