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                  化學所發展出加快電催化水下產氣的通用方法

                  2020-03-02 化學研究所
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                    因在可持續和高效能源系統中的潛在應用,能源氣體(如氫氣、一氧化碳和氧氣)引起了全世界廣泛關注。設計和研發可實現水下高效電催化產氣的催化劑成為該領域當前的研究熱點,并面臨著同時提高反應傳質速率和催化劑長期穩定性的挑戰。

                    最近,在國家自然基金委和中國科學院的支持下,中科院化學研究所王鐵課題組在前期模板輔助的打印策略組裝工作的基礎上(Adv. Mater., 2017, 29 (46), 1703143),將膠束型的納米顆粒成功組裝成條帶型的微結構,與傳統的滴涂薄膜相比實現了更快的產氣速率和更高的物理穩定性。研究人員用高速攝像機探究了反應過程中氣泡生長行為,發現氣泡在窄間隙的Pt SP5 上是以類似“Cassie”狀態生長并且快速脫離,而當條帶間隙增大后,氣泡以“Wenzel”狀態陷入間隙中,并且越長越大直至浮力大于黏附力時才脫離催化劑表面。結合動態拉伸儀和理論分析,證實氣泡在Pt SP5表面的黏附力僅有~2μN,且Pt SP5具有更好的應力分散效果,因此與滴涂的薄膜電極相比,Pt SP5這種條帶電極展現了更好的物理穩定性。此外,模板輔助打印技術的優勢使組成納米顆粒或分子的組成、大小和形狀具有很大的靈活性,因此具有通用性,有望加快析氧反應(OER)和二氧化碳電化學還原成一氧化碳。相關成果以A general strategy to optimize gas evolution reaction via assembled striped-pattern superlattices 為題發表在《美國化學會志》上,并入選雜志封面(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142(4): 1857-1863),第一作者是宋倩。

                  圖:條帶結構用于加快水下產氣速率及提高催化劑穩定性

                  打印 責任編輯:葉瑞優

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