記者7日從內(nèi)蒙古大學(xué)獲悉，該校王勤教授團隊聯(lián)合吉林大學(xué)移動材料教育部重點實驗室等多個國家重點實驗室開發(fā)出一種超穩(wěn)定的三維鉑銅納米線催化材料，該材料具有超細尺寸、自支撐的剛性結(jié)構(gòu)并且表面富含大量銅空位缺陷。

研究成果論文《通過調(diào)控金屬缺陷和晶格應(yīng)力提升貴金屬合金電催化性能的研究》已于近日在國際化學(xué)領(lǐng)域期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表。

王勤介紹，碳載鉑基電催化材料已被廣泛用于燃料電池的陰極還原和陽極氧化反應(yīng)，但其穩(wěn)定性差，成本高且反應(yīng)動力學(xué)緩慢等限制了其商業(yè)化應(yīng)用。因此，急需開發(fā)一種高效且耐用的自支撐鉑基電催化材料。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過將鉑與非貴金屬合金化以減少鉑的用量，調(diào)控晶格應(yīng)力和電子結(jié)構(gòu)，可以獲得優(yōu)異的氧化還原反應(yīng)催化活性。此外，金屬空位缺陷和壓縮應(yīng)力也可以顯著提升電催化性能。缺陷不僅可以表現(xiàn)出獨特的電子特性，而且可與金屬原子等活性物種形成新的協(xié)同配位結(jié)構(gòu)以獲得最佳的催化性能。

研究團隊通過電化學(xué)刻蝕組裝富含金屬空位缺陷的高效電催化材料的合成策略，合成了具有超細尺寸，自支撐結(jié)構(gòu)和富含銅空位缺陷的超穩(wěn)態(tài)三維鉑銅納米線。該材料具有優(yōu)異的氧化還原反應(yīng)催化性能，其質(zhì)量活性是商用鉑催化劑的14.1倍，是美國能源部2020年發(fā)展目標的7.2倍，也是目前世界報道的性能最優(yōu)的自支撐貴金屬催化材料。研究團隊用密度泛函理論計算結(jié)果表明，銅空位的引入改變了鉑原子對含氧中間體的吸附。該研究為在電化學(xué)活化過程中活性位點的調(diào)控以及金屬空位缺陷、晶格應(yīng)力的研究提供了重要的研究思路。(張景陽 胡紅波)