Gennembrud i elektrokatalysatorer rapporteret

For nylig, gruppen af ​​professor Guo Shaojun i College of Engineering ved Peking University udviklede en ny type sub-nanometer, stærkt buet PdMo nanosheet - på grund af dets strukturelle analogi med grafen, det blev betegnet som PdMo bimetallene, og viste ekstraordinær elektrokatalytisk ydelse mod oxygenreduktionsreaktionen (ORR) i alkaliske omgivelser. Når den bruges som katodeelektrokatalysatorer, PdMo nanosheets muliggør meget forbedret ændring/afladning i Zn-air og Li-air batterier. Dette værk blev offentliggjort i Natur den 26. september, 2019.

Fossile brændstoffer har forårsaget alvorlige udfordringer i miljøforurening og klimaændringer, kræver derfor presserende udvikling af vedvarende ren energiteknologier, der muliggør et bæredygtigt energisystem. Opbevaring og efterfølgende brug af vedvarende, men intermitterende energikilder, f.eks., solceller, vind osv., kræver en elektrokemisk enhed, der muliggør interkonvertering af elektricitet og kemikalier på en effektiv måde. Af afgørende betydning for enhedens driftseffektivitet ligger på elektrode-elektrolytgrænsefladen, hvor de ønskede elektrokemiske reaktioner forekommer som drevet af en egnet elektrokatalysator. I øjeblikket, manglen på højtydende elektrokatalysator skaber en flaskehals for indtrængning af vedvarende energi.

En af de største udfordringer på dette område er ORR's ugunstige kinetik, og platinagruppemetaller (PGM'er) -baserede elektrokatalysatorer er ofte nødvendige for at forbedre aktiviteten og holdbarheden. I det sidste årti, ORR-dynamikken i sure miljøer på platinbaserede katalysatorer er blevet drastisk forbedret via indstilling af legering, overfladestamme, og optimerede koordineringsmiljøer. Alligevel, forbedring af aktiviteten af ​​denne reaktion i alkaliske medier forbliver udfordrende på grund af vanskeligheden ved at opnå optimeret oxygenbindingsstyrke på PGM'er i nærvær af hydroxid.

I dette studie, PdMo bimetallene har vist sig at være en effektiv og stabil elektrokatalysator for ORR og OER i alkaliske elektrolytter, og lovende katodiske elektroder i Zn -air og Li -air batterier. Den ultratynde funktion af PdMo bimetallene muliggør et imponerende elektrokemisk aktivt overfladeareal (138,7 m ² /gPd) og en masseaktivitet mod ORR på 16,37 A/mgPd ved 0,9 volt mod RHE i alkaliske elektrolytter. Denne masseaktivitet er 78 gange og 327 gange højere end for kommercielle Pt/C- og Pd/C -katalysatorer, henholdsvis, sammen med ubetydelig forfald efter 30, 000 accelereret cykling. Beregninger af funktionstæthed i densitet viser, at der blev opnået en optimeret iltbindingsenergi på PdMo bimetallene på grund af en kombination af legeringseffekt, belastningseffekt og kvante størrelse effekt. Det forestilles, at metallematerialerne vil vise et stort løfte inden for energi -elektrokatalyse.