中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“Less is more”是著名德國建筑師米斯·凡德洛說過的一句話。這種“少即多”的設(shè)計(jì)理念被借鑒于電催化析氫材料設(shè)計(jì)工作，近日由貴州省納米材料模擬與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授鄧明森和中科大教授熊宇杰、江俊課題組共同完成的《電催化析氫材料設(shè)計(jì)取得突破性進(jìn)展：Less is more》近日在德國應(yīng)用化學(xué)雜志《Angewandte Chemie》上發(fā)表，并被該期刊以封底形式加以介紹。
電催化析氫反應(yīng)是在金屬電極表面放氫腐蝕的陰極過程，是在可逆氫燃料電池中產(chǎn)氫的重要過程。金屬鉑是該系列反應(yīng)中最具催化活性的金屬材料，然而其高成本促使人們一直在尋找降低鉑用量的方法。迄今為止，業(yè)界還未能開發(fā)出降低鉑用量且保持高電催化活性的技術(shù)。
鄧明森、熊宇杰、江俊團(tuán)隊(duì)通過理論模擬方法研究金屬鉑和鈀的界面，發(fā)現(xiàn)此兩種金屬功函數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致金屬鉑表面產(chǎn)生極化作用，從而在其表面聚集負(fù)電荷，有利于促進(jìn)析氫反應(yīng)的發(fā)生。進(jìn)一步尺寸依賴性研究表明，該極化作用隨著鉑層厚度的增加而減弱，因此可以通過鉑層厚度控制來調(diào)控電催化析氫性能。基于該發(fā)現(xiàn)，研究人員設(shè)計(jì)了一類鉑—鈀—石墨烯疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，并發(fā)展了鉑層厚度精準(zhǔn)控制的合成方法，制造出一系列鉑層可調(diào)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。正如理論模擬所預(yù)計(jì)，該系列復(fù)合結(jié)構(gòu)在電催化析氫反應(yīng)中展現(xiàn)出可調(diào)變的性能，當(dāng)鉑層厚度控制在4個(gè)原子層范圍內(nèi)時(shí)達(dá)到性能最高值，其-300 mV電壓下的電流密度791 mA cm-2和塔菲爾斜率10 mV decade-1遠(yuǎn)優(yōu)于目前商用的鉑碳電極材料。
據(jù)介紹，該突破性進(jìn)展使得業(yè)界將能夠在降低金屬鉑用量的同時(shí)極大地提高電催化析氫活性，為開發(fā)低成本、高性能電催化材料鋪平了道路。該研究發(fā)現(xiàn)有助于加深人們對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中電荷極化行為和機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)電催化劑的理性設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用。
