• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Ultra-små ihåliga legering nanopartiklar för synergistisk väteutvecklingskatalys

    HER -polariseringskurvorna för ihåliga PtNiCu -nanopartiklar, kommersiell Pt/C, ihåliga PtCoCu -nanopartiklar, ihåliga PtCu-nanopartiklar och Cu-nanopartiklar i 1,0 M KOH vattenlösning med en skanningshastighet av 5 mV s-1. Upphovsman:Science China Press

    Eftersom vätebränsle har hög energitäthet och inte förorenar miljön, den har nu visat potential att ersätta fossil energi. Väteutvecklingsreaktionen (HER) är en av de mest lovande väteproduktionsmetoderna som en halvreaktion av elektrolys av vatten. För närvarande, traditionella Pt-baserade föreningar används som de mest aktiva elektrokatalysatorerna för väteutvecklingsreaktioner. Dock, Pt är relativt knappt och dyrt. Därför, designa och syntetisera mycket effektivt, stabil, och billiga katalysatorer är ett gränsämne inom vattenelektrolys.

    Nyligen, Zhenxing Li och hans team från China University of Petroleum (Beijing) har gjort spännande framsteg i förberedelsen av Hennes katalysatorer, med hjälp av en enkel one-pot-metod för att syntetisera ultra-små ihåliga ternära legeringsnanopartiklar, inklusive PtNiCu -nanopartiklar, PtCoCu nanopartiklar och CuNiCo nanopartiklar. Under syntesen, förskjutningsreaktionen och oxidativ etsning spelade viktiga roller i bildandet av ihåliga strukturer. Den genomsnittliga storleken på PtNiCu -nanopartiklar är bara 5 nm och innehåller endast 10% Pt. Den unika ihåliga strukturen och den stora specifika ytarean ökar graden av ytatomexponering, tillhandahålla många aktiva centra, och få PtNiCu -nanopartiklar att uppvisa utmärkt elektrokatalytisk aktivitet och stabilitet. I alkalisk elektrolyt, överpotentialen för ihåliga PtNiCu -nanopartiklar vid 10 mA cm -2 är så låg som 28 mV kontra RHE med en Tafellutning på 52,1 mV dec -1 , vilket var lägre än för kommersiell Pt/C. Dessutom, dess massaktivitet är 5,62 gånger högre än för kommersiellt Pt/C-system. Detta minskar effektivt kostnaden för platinabaserade elektrokatalysatorer och säkerställer att platinaatomer används mer effektivt.

    Genom att analysera bindnings- och antiblandande orbitalfyllning, beräkningarna av densitetsfunktionell teori (DFT) visar att ΔGH* för PtNiCu -nanopartiklar är 0,05 eV, som är nära noll. I reaktionsprocessen för väteutvecklingsreaktion (HER), bindningshållfastheten för olika metaller till vätemellanprodukten (H*) var i storleksordningen Pt> Co> Ni> Cu. Således, den utmärkta HER -prestandan hos ihåliga PtNiCu -nanopartiklar kan tillskrivas måttligt synergistiska interaktioner mellan de tre metallerna och H*. Kombinera teoretiska beräkningar med experimentella data, detta arbete ger en ny strategi för design och förberedelse av billiga och högpresterande HER-katalysatorer.

    (a) Gratis energidiagram över HER vid jämviktspotential för Pt-Ni-Cu, Pt-Co-Cu, Pt-Cu, och Cu. Skillnaden i laddningstäthet för H* adsorption på (b) Pt-Ni-Cu, (c) Pt-Co- Cu, (d) Pt-Cu och (e) Cu. Gula (blå) isosytor betecknar en ökning (minskning) med 0,01 e/Å-3 för elektronisk densitet. Upphovsman:Science China Press




    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com