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新型二维电催化剂 可替代用于高效生产氢的昂贵的铂

2017-08-04 114浏览 标签: 催化剂

 

据2017年7月31日莱斯大学官网报道,该大学的科学家和劳伦斯利弗莫尔国家实验室已经预测并创造出新的二维电催化剂,能够以高性能和低成本从水中提取氢。在此过程中,他们还创建了一个简单的模型来筛选催化活性材料。


 在莱斯大学创建的电催化剂被证明与铂生产氢一样有效


莱斯大学理论物理学家Boris Yakobson和第一作者Yuanyue Liu对催化剂进行了模拟,并由Pulickel Ajayan和Jun Lou领导的莱斯大学材料科学家进行了测试。他们发现新的二硫化物(dichalcogenide)催化剂与铂的效率旗鼓相当,且可以用一小部分费用制备。

一直在测试钼和钨二硫化物--作为可能的氢析出反应(hydrogen evolution reaction,HER)的催化剂--的科学家们很沮丧地发现活性位点往往集中在金属薄片的边缘,这仅是材料表面的一小部分。莱斯大学的团队转向其他两种过渡金属,铌和钽,它们各自与硫结合,期望新化合物将在基面上具有活性位点。结果发现沿着平面产生的氢气意外的使材料更加有效。Boris Yakobson说:“这个过程在两层之间产生了氢气泡,把两层分开。这使得层间更容易进入,并增加了活性位点的数量。”

研究人员观察到,两种催化剂组成的多层薄片在自我优化后变得更薄、更小、更分散。变薄缩短了电子的路径,这降低了电荷转移电阻。

研究人员期望材料的自优化行为对于可伸缩的处理具有实际的优势。材料科学与纳米工程化学教授Jun Lou说:“在层状材料中寻找表面活性催化剂是使用非贵金属催化剂生产氢气的重要一步。同样重要的是,这些表面活动可以通过实验直接验证,为将来的应用铺平了道路。”



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