AEM: 工程多金屬氣凝膠pH‐通用HER和ORR電催化

電催化是能源應用中的重要一環,如燃料電池中的氧還原反應(ORR)、綠色制氫中的析氫反應(HER)和金屬空氣電池中的析氧反應(OER)。為瞭提高電催化性能,研究人員研究瞭多種多孔材料。氣凝膠是一類多孔材料,可以從幾乎任何類型的組成單元(如陶瓷、金屬氧化物、碳和聚合物)中制備得到,由於具有高比表面積、自支撐性等優勢,可以提供優越的催化活性和耐用性,是一種非常具有潛力的催化劑材料。貴金屬氣凝膠(NMAs),氣凝膠傢族中的新成員,其具有優良的導電性和貴金屬的催化活性,為設計制備活性高和壽命長的電催化劑提供瞭新的思路。與傳統催化劑相比,NMAs不僅能夠提供性能卓越的非金屬或過渡金屬基催化劑,而且還能夠提供商業貴金屬基催化劑,如Pt/C和Pd/C。然而,由於目前合成的NMAs種類有限,所研究的電催化反應主要集中在醇的氧化上,有關ORR和OER的相關研究較少,缺乏系統的研究。此外,為瞭滿足工業需求,可以在通用pH值下穩定工作的電催化劑是非常需要的。然而,對NMA‐基電催化劑在大pH值范圍內性能的研究仍然缺乏,這影響瞭對其在實際應用中潛力的全面和公正評估。有鑒於此,德累斯頓工業大學Alexander Eychmüller教授和Wei Jin等人合作開發瞭一種鹽凝膠化方法,通過在離子效應的基礎上調節金屬納米粒子(NPs)和鹽離子之間的相互作用,從而提供瞭一種高效、可靠的策略來制造具有可控結構的NMAs。

本文要點

1他們通過采用強鹽析劑(即NH4F,即作為引發凝膠化的引發劑),制備得到的氣凝膠的組成可以擴展到各種雙金屬和三金屬體系。通過對化學成分的精細調控,獲得瞭高性能的ORR催化劑,而且在電催化和電化學水分解中也表現出優異的催化性能。

2貴金屬氣凝膠具有獨特的電催化潛力,這歸因於氣凝膠的整體和多孔結構的協同作用,以及貴金屬的高電導率和催化活性。Au–Pt和Au–Rh氣凝膠催化劑在HER和ORR電催化方面均表現出卓越的pH通用性(pH=0–14),超過瞭工業Pt/C催化劑和許多其他基於納米顆粒(NP)的催化劑。

該工作設計制備瞭各種高活性的pH通用型電催化劑,豐富瞭NMA的應用庫,為設計用於關鍵能源相關應用的高級電催化劑(例如電化學制氫和燃料電池)開辟新的途徑。

AEM: 工程多金屬氣凝膠pH‐通用HER和ORR電催化

參考文獻:

Ran Du et al. Engineering Multimetallic Aerogels for pH‐Universal HER and ORR Electrocatalysis. Advanced Energy Materials, 2020.

DOI: 10.1002/aenm.201903857

https://doi.org/10.1002/aenm.201903857

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