微环境调控策略制备亚3纳米Pt基高熵合金催化剂用于电催化反应

发布日期：2025-01-03 浏览次数：2791

在可再生能源转换与存储领域，铂（Pt）作为电催化剂在氢氧化/氢进化（HOR/HER）和氧还原反应（ORR）中发挥着不可替代的作用。然而，Pt资源稀缺且成本高昂，限制了其在大规模应用中的潜力。为了提高单位质量Pt的内在活性，科研人员开发了基于Pt的高熵合金（HEA）催化剂，通过合金化减少Pt的使用量。由于制备过程中不可或缺的高温处理，所得HEA纳米颗粒尺寸通常较大。因此，开发有效的策略以控制HEA纳米颗粒尺寸至3纳米以下对于提升电催化过程具有重要意义。

近日，广州大学叶思宇院士团队的杜磊副教授与浙江大学的王利光研究员合作，提出了一种简便的微环境调节策略，通过调节溶剂极性和纳米颗粒与载体之间的相互作用，精确控制碳热冲击热解（CTS）前驱体中铂基金属高熵合金（Pt-based HEA）催化剂的纳米颗粒尺寸。相关研究成果以“Microenvironment regulation to synthesize sub-3 nm Pt-based high-entropy alloy nanoparticles enabling compressed lattice to boost electrocatalysis”为题在Applied Catalysis B: Environmental and Energy上发表。

研究人员通过控制前驱体的制备来精确调控纳米颗粒的尺寸和分布，特别是针对碳热冲击（CTS）处理的前驱体。在前驱体制备过程中，金属盐的溶解涉及到溶剂化过程，其中溶质被溶剂分子包围，这一过程能显著改变含金属离子的局部化学环境，即微环境，从而改变金属离子间的相互作用。此外，碳载体与形成的金属离子团簇之间的强相互作用可以减少后续热解过程中的聚集。因此，研究表明，使用如乙醇这样的低极性溶剂能有效削弱铂、铁、钴、镍和锰离子之间的相互作用，促使形成小的离子团簇；同时，使用富含悬挂键的碳载体来增强离子团簇与碳表面之间的相互作用，限制纳米颗粒的生长。结果，E/O-PtFeCoNiMn HEA纳米颗粒的尺寸被控制在约2.68纳米，没有明显的相分离，且纳米颗粒在碳载体上均匀负载。这种E/O-PtFeCoNiMn催化剂展现出比参考Pt/C催化剂更好的活性，显示出在减少HER、HOR和ORR催化剂中稀缺铂金属使用量方面的巨大潜力。这种通过调节微环境（如溶剂极性）来可控合成纳米颗粒尺寸的简便策略，可能不仅限于高熵合金催化剂的制备，也适用于其他纳米金属催化剂的合成。

文章来源于能源学人，编辑时有改动。

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