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微環(huán)境調(diào)控策略制備亞3納米Pt基高熵合金催化劑用于電催化反應(yīng)

發(fā)布日期：2025-01-03 瀏覽次數(shù)：3111

在可再生能源轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域，鉑（Pt）作為電催化劑在氫氧化/氫進化（HOR/HER）和氧還原反應(yīng)（ORR）中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，Pt資源稀缺且成本高昂，限制了其在大規(guī)模應(yīng)用中的潛力。為了提高單位質(zhì)量Pt的內(nèi)在活性，科研人員開發(fā)了基于Pt的高熵合金（HEA）催化劑，通過合金化減少Pt的使用量。由于制備過程中不可或缺的高溫處理，所得HEA納米顆粒尺寸通常較大。因此，開發(fā)有效的策略以控制HEA納米顆粒尺寸至3納米以下對于提升電催化過程具有重要意義。

近日，廣州大學葉思宇院士團隊的杜磊副教授與浙江大學的王利光研究員合作，提出了一種簡便的微環(huán)境調(diào)節(jié)策略，通過調(diào)節(jié)溶劑極性和納米顆粒與載體之間的相互作用，精確控制碳熱沖擊熱解（CTS）前驅(qū)體中鉑基金屬高熵合金（Pt-based HEA）催化劑的納米顆粒尺寸。相關(guān)研究成果以“Microenvironment regulation to synthesize sub-3 nm Pt-based high-entropy alloy nanoparticles enabling compressed lattice to boost electrocatalysis”為題在Applied Catalysis B: Environmental and Energy上發(fā)表。

研究人員通過控制前驅(qū)體的制備來精確調(diào)控納米顆粒的尺寸和分布，特別是針對碳熱沖擊（CTS）處理的前驅(qū)體。在前驅(qū)體制備過程中，金屬鹽的溶解涉及到溶劑化過程，其中溶質(zhì)被溶劑分子包圍，這一過程能顯著改變含金屬離子的局部化學環(huán)境，即微環(huán)境，從而改變金屬離子間的相互作用。此外，碳載體與形成的金屬離子團簇之間的強相互作用可以減少后續(xù)熱解過程中的聚集。因此，研究表明，使用如乙醇這樣的低極性溶劑能有效削弱鉑、鐵、鈷、鎳和錳離子之間的相互作用，促使形成小的離子團簇；同時，使用富含懸掛鍵的碳載體來增強離子團簇與碳表面之間的相互作用，限制納米顆粒的生長。結(jié)果，E/O-PtFeCoNiMn HEA納米顆粒的尺寸被控制在約2.68納米，沒有明顯的相分離，且納米顆粒在碳載體上均勻負載。這種E/O-PtFeCoNiMn催化劑展現(xiàn)出比參考Pt/C催化劑更好的活性，顯示出在減少HER、HOR和ORR催化劑中稀缺鉑金屬使用量方面的巨大潛力。這種通過調(diào)節(jié)微環(huán)境（如溶劑極性）來可控合成納米顆粒尺寸的簡便策略，可能不僅限于高熵合金催化劑的制備，也適用于其他納米金屬催化劑的合成。

文章來源于能源學人，編輯時有改動。

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