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可提高合金纳米粒子催化效率新发现

发表时间:2018-06-27 10:04来源:新材料在线

近日,韩国基础科学研究院(IBS)朴正荣(音译)团队与韩国科学技术院教授郑有盛(音译)团队共同阐明了合金纳米粒子的催化剂反应现象。研究团队经研究发现,合金纳米催化剂表面形成的金属氧化物界面是提高催化剂性能的重要因素。


环保型催化剂不仅可以应用于石化工业,还可以应用于氢电池和水电解,而合金纳米粒子可以提高催化剂的活性,这是因为通过调节其化学成分,可以有效控制催化剂表面的电子结构和结合能,因而应用潜力巨大。不过,在实际催化剂环境中,随着反应物和条件的变化,合金纳米粒子表面结构也会发生变化,因此,尽管具备优秀的性能,合金纳米催化剂的反应机理却一直未能得到解释,核心要素就是热电子。热电子是外部能量传导时,具有能量的电子,随着催化剂活性的增达而增加,化学反应时,在表面转瞬即逝。

对此,研究团队采用不同配比制成了铂钴合金纳米催化剂,并采用热电子催化剂传感器,同时运用密度泛函理论,通过量子力学计算出分子内电子的能量,最终印证了这一反应的机理。为了更为明确地了解热电子产生量与催化剂性能之间关系,研究团队采用了透射电子显微镜(TEM)进行了观察。实验结果显示,75%的铂和25%钴配比合成的合金纳米粒子可以产生最多的热电子,催化剂的性能也更高。

有趣的是,研究团队将合金纳米催化应用于氧化氢反应,钴氧化物形成于铂钴合金纳米粒子表面上时,就可以生成金属氧化物(铂钴氧化物)界面。金属氧化物界面上电荷移动增多,热电子检出效率也更高。

朴正荣表示,此次研究证实,合金纳米催化剂反应过程中自然形成的两种物质间隔的界面可以提高催化剂反应性,热电子的生成量也急剧增多。通过商业或高温环境中进一步应用,将有助于开发高效的第二代催化剂。另一方面,此次研究成果已经刊登于综合性科学国际学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)。