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Angewandte Chemie: Ultrathin Pt/non-noble metal alloy nanowires for alkaline HER, by Zhaojun et al
发布者: 高传博 | 2018-07-16

 

Zhaojun's paper has been accepted for publication in Angewandte Chemie (Impact Factor: 12.102), a top journal for chemistry. Congratulations!

Title: Aqueous synthesis of ultrathin platinum/non-noble metal alloy nanowires for enhanced hydrogen evolution activity

Authors: Zhaojun Liu, Jing Qi, Moxuan Liu, Shumeng Zhang, Qikui Fan, Hongpo Liu, Kai Liu, Haoquan Zheng, Yadong Yin*, and Chuanbo Gao*

Link to the Publisher: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201806194

News Reports:材料人   研之成理    XJTU News(交大主页新闻)    第四版

Abstract: Although aqueous synthesis of nanocrystals is advantageous in terms of the cost, convenience, environmental friendliness, and surface cleanness of the product, nanocrystals of Pt and non-noble metal alloys are difficult to be obtained with controlled morphology and composition from this synthesis due to a huge gap between the reduction potentials of respective metal salts. Here, we report that this huge gap could be remedied by introducing a sulfite into the aqueous synthesis, which is believed to resemble an electroless plating mechanism, giving rise to a colloid of Pt-M (M = Ni, Co, Fe) alloy nanowires with an ultrasmall thickness (~ 2.6 nm) in a high yield. The sulfite also leads to the formation of surface M-S bonds and thus atomic-level Pt/M-S(OH) interfaces for greatly boosted hydrogen evolution kinetics under the alkaline condition. An activity of 75.3 mA cm–2 has been achieved with 3 µg of Pt in 1 M KOH at an overpotential of 70 mV, superior to previously reported catalysts.

 

论文解读:在本文中,我们报道了超细铂-非贵金属合金纳米线的新型水热合成策略及其高析氢活性。

超细铂-非贵金属合金纳米线具有尺寸小、比表面积大、导电性好及具有双金属效应等特点,是一类理想的催化剂。绝大部分报道的超细铂-非贵金属合金纳米线是在油相体系中制备的,存在合成成本高、非环境友好及强表面封端剂难以有效去除等不足。相比之下,水相合成方法能很好地弥补油相合成方法的这些不足。然而,由于铂盐与非贵金属盐存在较大的氧化还原电位差,难以在水溶液中实现两者的有效共还原。因此,发展形貌、组成和尺寸可控的铂-非贵金属合金纳米材料的水相合成方法依然是研究难点,对于高效铂基催化剂的研发具有重要意义。


我们将化学镀原理引入到贵金属纳米材料的水相合成体系,通过亚硫酸盐的引入有效弥补了金属盐还原电位之间的巨大差异,从而实现了铂盐与非贵金属盐的共还原,成功制备了一系列超细铂-非贵金属合金纳米线(直径约2.6 nm)。亚硫酸盐的引入还导致了表面硫修饰,在超细纳米线的表面构筑了大量原子级别的Pt/M-S(OH)界面,从而在碱性条件下具有优异的析氢(HER)活性。在1 M KOH电解液中,含3 µg Pt的纳米线在70 mV的过电位下便可得到75.3 mA cm–2的活性,为商业铂碳催化剂的5.1倍,优于先前报道的催化剂。该类材料有望应用于电解水制氢及氯碱工业,显著降低这些应用的电能损耗。


《科技日报》全文:铂—非贵金属合金纳米线让析氢变得更容易

记者9日从西安交通大学获悉,该校前沿科学技术研究院高传博教授课题组利用表面硫修饰的铂—非贵金属合金纳米线作为催化剂,在碱性条件下实现了高效的电解水析氢性能。这一成果发表在最新出版的国际化学领域权威期刊《德国应用化学》上,该催化剂是通过简单的水热方法合成的,具有较低的制备成本。

碱性条件下的析氢反应是电解水制氢和氯碱工业的主要反应之一。这一反应通常需要在较高的过电势下才能进行,因此导致严重的电能损耗。制备高效催化剂以降低这一反应所需的过电势有望显著降低这些应用中的电能损耗。

针对这一问题,研究人员将传统化学镀基本原理借鉴到纳米材料的制备中,在水相体系中合成出一系列形貌、组成和尺寸可控的、表面硫修饰的铂—非贵金属合金纳米线作为该反应的催化剂。他们通过亚硫酸盐的引入有效克服了金属盐还原电位之间的巨大差异,实现了铂盐与非贵金属盐的共还原,成功制备了一系列超细铂—非贵金属合金纳米线(直径约2.6nm)。亚硫酸盐的引入还导致了纳米线表面的硫修饰,在超细纳米线的表面构筑了大量原子级别的铂/非贵金属—硫界面,从而在碱性条件下具有优异的析氢活性。结果显示,含3μg铂的纳米线在70mV的过电势下可得到的活性为商业铂碳催化剂的5.1倍,也优于先前报道的催化剂。该类材料有望在实际应用中实现优越的性能及更低的电能损耗。