《清华大学报道CNT@MO2–x (M = Sn, Ce)界面Pt的局部环境调控增强碱性HER》

  • 来源专题:关键原材料知识服务平台
  • 编译者: 费鹏飞
  • 发布时间:2025-04-11
  • 7月25日,清华大学在《JACs》上发表题为“Tuning the Local Environment of Pt Species at CNT@MO2–x (M = Sn and Ce) Heterointerfaces for Boosted Alkaline Hydrogen Evolution”的论文,报道CNT@MO2–x (M = Sn, Ce)界面Pt的局部环境调控增强碱性HER。

    Pt催化剂是前景最广泛的HER电催化剂,但是Pt催化剂仍然面临着缓慢的碱性体系反应动力学和昂贵的价格。科研人员通过优化Pt物种的局部环境以及构筑金属氧化物界面,从而改善碱性HER电催化反应动力学。

    研究结果显示PtRu双金属簇催化剂与相邻MO2-x(M=Sn和Ce)修饰在碳纳米棒表面(PtRu/CNT@MO2-x)表现具有前景的碱性HER,在1 M KOH电解液进行电催化HER,75 mV就达到100 mA cm-2电流密度。PtRu/CNT@MO2-x在70 mV过电势的质量活性达到12.3 mA μg-1Pt+Ru,比活性达到32.0 mA cm-2ECSA。其质量活性和比活性分别达到Pt/C催化剂的56倍和64倍。

    实验和理论计算结果显示,Pt簇和Mo2-x的界面能够促进H2O吸附和活化,通过修饰Ru能够进一步优化H吸附和H2O分子的解离能垒。由于反应基元步骤之间的反应动力学能够相互匹配能够加快反应速率,因此得到优异的碱性电催化反应活性。这项工作为调节催化剂的局部环境,优化反应基元步骤并且得到优异的碱性HER性能。

  • 原文来源:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04189
相关报告
  • 《清华大学报道纳米晶界弱化Ce-O共价性及表面限域效应本征提升二氧化铈表面氧反应活性》

    • 来源专题:关键原材料知识服务平台
    • 编译者:费鹏飞
    • 发布时间:2025-05-23
    • 3月31日,清华大学在《Journal of the American Chemical Society》上发表题为“Nanoscale grain boundary-weakened Ce-O covalency and surface confinement intrinsically boosting ceria surface oxygen reactivity”的论文,报道纳米晶界弱化Ce-O共价性及表面限域效应本征提升二氧化铈表面氧反应活性。 提升氧化物纳米材料表面晶格氧原子的反应活性对其在氧化、加氢及电催化反应中的性能至关重要,但长期以来调控该活性的本征电子机制尚未明晰。研究人员揭示了纳米晶界(GB)增强CeO2纳米材料本征表面氧活性的电子机制:通过热解碳酸铈与甲酸铈前驱体引入晶界。O K边及Ce L3边的X射线吸收近边结构(XANES)分析表明,晶界可降低Ce-O键的共价性程度;H2-TPR与拉曼光谱进一步证实,这种减弱的轨道重叠能削弱晶格势对表面氧原子的限域强度。该电子效应从根本上提升了表面晶格氧原子的脱附活性,进而促进氧空位形成及O2分子活化,实现苯甲醇100%选择性氧化为苯甲醛。这种基于晶格共价性弱化的构-效关系为理解晶界与尺寸效应对纳米材料表面活性的增强机制提供了新视角。
  • 《中国科学技术大学报道铜表面原子级分散铈调控界面水结构实现高效CO电还原制乙酸》

    • 来源专题:关键原材料知识服务平台
    • 编译者:费鹏飞
    • 发布时间:2025-05-23
    • 3月21日,中国科学技术大学在《Nature Communications》上发表题为“Atomically dispersed cerium on copper tailors interfacial water structure for efficient CO-to-acetate electroreduction”的论文,报道通过铜表面原子级分散铈以调控界面水结构实现高效电还原CO制乙酸。 利用可再生电能驱动一氧化碳(CO)电合成乙酸是获取高附加值碳基产物的有效途径,但其选择性常因析氢反应(HER)的竞争而受限。研究人员开发了一种铈单原子(Ce-SAs)修饰的晶态-非晶双相铜(Cu)催化剂。实验表明,Ce单原子可降低双相Cu的电子密度,减少界面K+离子水合水(K·H2O)的比例,从而降低催化剂表面H覆盖度;同时,双相Cu向Ce单原子的电子转移诱导Cu+物种生成,促进活性顶端吸附CO(COatop)的形成,显著提升COatop-COatop偶联动力学。上述协同效应促使反应优先通过乙烯酮中间体(*CH2-C=O)路径进行,并利用脉冲电解富集的OH-最终生成乙酸。采用该催化剂,在脉冲电解模式下实现了71.3±2.1%的乙酸法拉第效率及110.6±2.0 mA·cm?2的时间平均乙酸电流密度。此外,基于该催化剂组装的流动池反应器可稳定运行至少138小时,乙酸选择性始终高于60%。