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Science报道苏州大学在电催化领域取得的最新研究成果
2017年04月17日    作者: 付雪峰,黄宝晟,陈拥军    发布 : 化学科学部


在国家自然科学基金项目(项目编号:21571135)及其他部门项目的资助下,苏州大学黄小青教授与北京大学郭少军教授以及美国布鲁克海文国家实验室苏东教授合作,在电催化领域取得重要研究进展。相关研究成果以“Biaxially Strained PtPb/Pt Core/Shell Nanoplate Boosts Oxygen Reduction Catalysis(双重应力的PtPb/Pt核/壳纳米片促进氧还原催化作用)”为题于美国东部时间2016年12月16日在线发表在Science上。论文链接:http://science.sciencemag.org/content/354/6318/1410

铂基纳米材料是目前氧还原反应(ORR)性能最好的电化学催化剂,但由于铂在地壳中的储存量稀少,价格昂贵,导致其在燃料电池领域的大规模应用受阻。如何提高贵金属催化剂的原子利用率和反应活性一直是贵金属催化领域的核心问题。二维铂基纳米催化剂在催化领域具有明显的结构优势,但难以合成,这严重阻碍了铂基纳米催化剂的实际应用进程。

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图:PtPb纳米六方片的形貌(左上)、电子衍射(右上)、原子模型示意图(左下)及其ORR极化曲线(右下)。

该研究创新性地利用化学法首次成功制备了高质量的单分散PtPb纳米片。结合球差矫正高分辨透射电镜,同步辐射X射线吸收光谱等先进表征手段和密度泛函理论计算,发现4-6个Pt层能够非常完美地覆盖在PtPb纳米片表面,形成独特的PtPb/Pt核/壳结构。研究表明,Pt(110)表面高强度的拉应力能够极大地促进ORR性能,使得这种PtPb/Pt核/壳结构的催化剂展现出非常优异的ORR性能。难能可贵的是,该催化剂不仅可以作为燃料电池阴极ORR的催化剂,还可以被用来催化阳极反应,且同样具备卓越的催化性能。

该研究工作展示了二维铂基纳米催化剂在基础研究和催化领域中的独特优势及重要性,不仅解决了长期存在的由于强各向异性而难以合成二维铂基纳米材料的难题,且为高性能二维铂基纳米材料的制备及应用开辟了新的研究途径,具有重要研究意义。它从理论上指导了如何通过应力调控Pt-O键强度,有效解决模型催化中电化学界面的瓶颈问题,对于探索和开发更好的高性能催化剂,促进燃料电池的发展起到了重要的推动作用。

(化学科学部 付雪峰,黄宝晟,陈拥军)

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