氫能具有環(huán)境友好、能量密度高等優(yōu)點，被認為是替代不可再生化石燃料的理想選擇。電化學(xué)水分解被認為是一種可持續(xù)的生產(chǎn)清潔氫的技術(shù)。然而，由于析氫反應(yīng)動力學(xué)緩慢，開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性的電催化劑是降低反應(yīng)能壘和加快反應(yīng)進程的關(guān)鍵。
迄今為止，鉑基材料被認為是HER的基準催化劑，但鉑基貴金屬在大電流密度下的HER活性和穩(wěn)定性并不理想，這限制了它們的大規(guī)模商業(yè)化。因此，制備高性價比和高效率的HER電催化劑對于電化學(xué)制氫實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。近日，天津大學(xué)胡文彬和韓曉鵬等將熱震技術(shù)與電化學(xué)活化技術(shù)相結(jié)合，成功制備出Pt3V合金析氫反應(yīng)催化劑。電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示，在酸性條件下，最優(yōu)的a-Pt3V催化劑在10 mA cm?2電流密度下的過電位為20 mV；并且其僅需300 mV的電位就能達到1 A cm?2。a-Pt3V在500 mA cm?2電流密度下連續(xù)運行100小時而沒有發(fā)生明顯的性能下降，其結(jié)構(gòu)和組分也沒有發(fā)生明顯的變化。此外，該催化劑在堿性條件下也能夠連續(xù)穩(wěn)定運行超過100小時(300 mA cm?2)，表明a-Pt3V具有優(yōu)異的酸堿穩(wěn)定性。
理論計算結(jié)果顯示，V的引入導(dǎo)致d帶中心下移，這表明α-Pt3V與吸附質(zhì)之間的反鍵態(tài)占有率升高，有利于削弱氫吸附，改善HER動力學(xué)。最外層空位形成能(Evac)是評價鉑基電催化劑耐久性的一個指標：a-Pt3V的Evac值超過了Pt(111)，證明了a-Pt3V的穩(wěn)定性高于鉑。綜上，a-Pt3V合金的形成可以通過強烈的V?Pt鍵合作用提高Pt催化劑的催化活性和穩(wěn)定性，并且該方法也能夠用于合成其它鉑基-過渡金屬合金。Development of a Novel Pt3V Alloy Electrocatalyst for Highly Efficient and Durable Industrial Hydrogen Evolution Reaction in Acid Environment. Advanced Energy Materials, 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300127
