(2019-06-15 10:14)
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  为此,科研人员研讨出贵金属铱作为催化剂加速反响功率。但不可否认,铱的本钱太高,每克单价接近黄金的两倍。

  近日,浙江大学化学工程与生物工程学院研讨员侯阳经过仿生学的办法,规划并开宣布一种单原子OER催化剂,将高度涣散的镍单原子锚定在氮—硫掺杂的多孔纳米碳基底上,用于高效电/光电催化水裂解析氧反响。相关效果在线发表在《自然—通讯》上。

  要规划新式催化剂,侯阳课题组从资料的原子结构开始剖析。课题组发现在叶绿体中存在一种金属—氮配位卟啉结构。该结构能够搜集太阳能,使用光协作用氧化反响分化水,并释放出氧气。

  为了进一步加速催化功率,课题组继续改进镍—氮配位结构。“镍—氮配位掺杂的碳资料结构相对稳定,就好像四个力量相当的人各往一个方向使出均匀的力度。”于是,侯阳课题组提出能否换置其间的氮原子,如同换上一个不同的大力士,适当地协调中心镍原子对氢氧根离子的吸附和后续产品的解吸附能力。

  “用1个硫单原子替换1个氮仅仅其间一种办法,由此能够挑选不同力量的单原子进入镍—氮配位结构中,打破原有的稳态,构成新的催化剂,这也为系列催化资料奠定了基础。”侯阳说。

  镍—氮资料极不稳定,需求“锚定”在碳基底上,侯阳将这个进程比喻为“就像船泊岸的时分,从船上扔下一个很重的锚不让船动”。经过工艺迭代,研讨人员制备的负载在氮—硫共掺杂多孔纳米碳上的镍单原子催化剂展现出共同的2D层状结构,其厚度约为32纳米,长度大约为几微米。得益于高比外表积和高度涣散活性位点,这种新式催化剂电极在碱性条件下表现出优异的电催化水裂解析氧活性和稳定性。

  OER析氧反响需求由电或光电驱动,课题组将制备的电催化剂进一步挑选性沉积在氧化铁电极外表,构成一个高效的太阳能驱动水裂解整合光阳极。“经过这一规划,能够使用太阳光能发生电能,驱动整个催化反响,节省了额外的驱动电源。”

  OER析氧反响是水裂解器件和金属—空气电池的核心进程。谈及未来的应用,侯阳介绍,新一代燃料电池轿车,对高能量密度提出重要需求,水裂解发生的氢气动力将发挥重要作用。与此一起,以锂硫电池为动力的新动力轿车目标是500瓦时/公斤,让轿车能够跑一天。未来要进一步提高电池效能,就需求金属—空气这一新式燃料电池,OER析氧反响是其间氧化反响的重要一环。

  该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省杰出青年基金和浙江大学“百人方案”发动基金等项目的支持。协作完成工作的还有德国德累斯顿工业大学及华中师范大学的研讨人员。



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