我國開發出超穩定三維鉑銅納米線催化材料

2020 年6 月8 日從內蒙古大學獲悉，該校王勤教授團隊聯合吉林大學移動材料教育部重點實驗室等多個國家重點實驗室開發出一種超穩定的三維鉑銅納米線催化材料，該材料具有超細尺寸、自支撐的剛性結構并且表面富含大量銅空位缺陷。

研究成果論文《通過調控金屬缺陷和晶格應力提升貴金屬合金電催化性能的研究》已在國際化學領域期刊《德國應用化學》發表。

王勤介紹，碳載鉑基電催化材料已被廣泛用于燃料電池的陰極還原和陽極氧化反應，但其穩定性差，成本高且反應動力學緩慢等限制了其商業化應用。因此，急需開發一種高效且耐用的自支撐鉑基電催化材料。

研究團隊發現，通過將鉑與非貴金屬合金化以減少鉑的用量，調控晶格應力和電子結構，可以獲得優異的氧化還原反應催化活性。此外，金屬空位缺陷和壓縮應力也可以顯著提升電催化性能。缺陷不僅可以表現出獨特的電子特性，而且可與金屬原子等活性物種形成新的協同配位結構以獲得最佳的催化性能。

研究團隊通過電化學刻蝕組裝富含金屬空位缺陷的高效電催化材料的合成策略，合成了具有超細尺寸，自支撐結構和富含銅空位缺陷的超穩態三維鉑銅納米線。該材料具有優異的氧化還原反應催化性能，其質量活性是商用鉑催化劑的14.1 倍，是美國能源部2020 年發展目標的7.2 倍，也是目前世界報道的性能最優的自支撐貴金屬催化材料。研究團隊用密度泛函理論計算結果表明，銅空位的引入改變了鉑原子對含氧中間體的吸附。該研究為在電化學活化過程中活性位點的調控以及金屬空位缺陷、晶格應力的研究提供了重要的研究思路。