武漢理工大學(xué)報(bào)道了一種通過(guò)調(diào)控PtNi合金的形貌，實(shí)現(xiàn)PtNi合金間高效電子傳輸效應(yīng)，使得Pt表面電子富集，增強(qiáng)其海水抗氯離子腐蝕，實(shí)現(xiàn)高效堿性海水析氫電催化的材料合成策略。
電解海水產(chǎn)氫是大規(guī)模、低成本制氫的理想方法。Pt基納米材料是目前最優(yōu)異的電解水產(chǎn)氫陰極析氫反應(yīng)（HER）催化劑。然而電解海水產(chǎn)氫面臨的困難在于海水中大量存在的氯離子容易引起的金屬氯化物和氫氧化物的形成，造成電極材料的腐蝕。因此，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的抗氯離子腐蝕的Pt基催化劑，是提高海水HER性能的關(guān)鍵。
將Pt與親氧的Ni結(jié)合，可以有效提升水解離速率和HER性能；而通過(guò)控制材料的形貌來(lái)暴露更多的活性面是另一種有效提高材料性能的方法。盡管如此，海水中高濃度的氯離子導(dǎo)致的材料穩(wěn)定性問(wèn)題依然是一個(gè)具體的難題，因此PtNi在海水中的應(yīng)用依然受到很大限制。由于Pt（2.28）的電負(fù)性高于Ni（1.91），電子傾向于由Ni轉(zhuǎn)移到Pt，使得Pt周?chē)娮泳奂?，可以有效抵抗Pt與氯離子的反應(yīng)。因此，可以預(yù)見(jiàn)，通過(guò)構(gòu)筑合適的結(jié)構(gòu)和形貌，并增強(qiáng)Pt的電子聚集效應(yīng)，能夠有效提升PtNi合金的海水HER性能。
基于以上考慮，武漢理工大學(xué)陽(yáng)曉宇課題組通過(guò)控制PtNi合金的合成，實(shí)現(xiàn)了PtNi合金不同比例（PtNi原子比從1:3到3:1）比和不同形貌（從納米枝演變?yōu)榧{米粒子）的調(diào)控。其中，Pt48Ni52合金展現(xiàn)出納米枝/納米粒子異質(zhì)結(jié)構(gòu)和最優(yōu)的Pt電子富集效應(yīng)。其納米枝的大小約為100 nm，納米顆粒的大小約為100 nm，表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)（圖一）。
圖一 Pt48Ni52合金的形貌表征 Pt48Ni52合金在海水HER應(yīng)用中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。雖然在堿性條件下，其性能低于商業(yè)Pt/C催化劑，但是在堿性模擬海水和堿性真實(shí)海水中，其過(guò)電位和質(zhì)量活性都優(yōu)于商業(yè)Pt/C（圖二）。 圖二 Pt48Ni52合金的HER活性表征 此外，在堿性條件、堿性模擬海水和堿性真實(shí)海水中，Pt48Ni52合金均展現(xiàn)出優(yōu)異的催化穩(wěn)定性（圖三a）。這是由于Pt48Ni52合金具有納米枝/納米顆粒異質(zhì)結(jié)構(gòu)，電子容易在異質(zhì)結(jié)界面發(fā)生轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致電子聚集在電負(fù)性較高的Pt上，能夠有效抵抗帶負(fù)電的氯離子與Pt反應(yīng)，抑制了材料在海水中的腐蝕，因此電催化性能優(yōu)異。 圖三 （a）Pt48Ni52合金的催化穩(wěn)定性表征。（b）Pt48Ni52合金的抗氯離子腐蝕機(jī)制。 論文信息 Enhancing Resistance to Chloride Corrosion by Controlling the Morphologies of PtNi Electrocatalysts for Alkaline Seawater Hydrogen Evolution Xue-Qi Zhang, Yu-Xuan Xiao, Ge Tian, Xiong Yang, Yuan Dong, Fan Zhang, Xiao-Yu Yang 文章第一作者為張雪琪和肖宇軒 Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202202811
