據(jù)外媒報(bào)道，香港科技大學(xué)（HKUST）和廈門(mén)大學(xué)（Xiamen University）的研究人員揭示，對(duì)表面釕原子如何改善鉑的析氫和氧化活性的新認(rèn)識(shí)。這一發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了新的途徑，有助于合理設(shè)計(jì)更加先進(jìn)的催化劑，以用于電解槽和燃料電池應(yīng)用。
氫是不含碳的清潔能源載體，在推進(jìn)可持續(xù)社會(huì)發(fā)展方面，有望扮演重要角色?？梢允褂每稍偕茉矗ㄟ^(guò)電解槽中的析氫反應(yīng)（HER），用水來(lái)制氫；并在燃料電池中通過(guò)氫氧化反應(yīng)（HOR）消耗氫來(lái)發(fā)電。
不幸的是，在堿性介質(zhì)中，即使使用最活躍的鉑催化劑，這兩種反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)仍然很緩慢。緩慢的反應(yīng)速率，使這兩種電化學(xué)裝置的效率受到影響，并阻礙其大規(guī)模應(yīng)用。已知可以通過(guò)表面改性或與釕形成合金，來(lái)提升HER/HOR的鉑反應(yīng)速率。然而，數(shù)十年來(lái)，這種做法受到爭(zhēng)議，部分原因在于對(duì)催化劑表面的氫原子行為缺乏直接觀察。
為了揭示鉑－釕雙金屬催化劑提升HER/HOR反應(yīng)速率的謎底，由HKUST化學(xué)與生物工程系及能源研究所的Minhua Shao教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)強(qiáng)大的表面增強(qiáng)紅外吸收光譜（SEIRAS），直接監(jiān)控不同表面上重要的反應(yīng)中間體氫原子的粘結(jié)強(qiáng)度。通過(guò)綜合的電化學(xué)、光譜學(xué)和理論研究，研究人員證實(shí)，與次表面鉑相互作用的表面釕原子，比鉑的活性高一個(gè)數(shù)量級(jí)，即釕原子是該系統(tǒng)中的主要活性位點(diǎn)，而不是鉑原子。
研究人員表示：“以前的工作主要使用傳統(tǒng)電化學(xué)和表征技術(shù)，不能直接監(jiān)測(cè)氫反應(yīng)中間體的吸附行為。在這項(xiàng)研究中，我們使用了強(qiáng)大的表面增強(qiáng)紅外吸收光譜，這是極少數(shù)可以直接看到表面氫原子的技術(shù)之一。同時(shí)，為我們提供了關(guān)于釕如何提高活性的更直接的信息。這項(xiàng)工作排除了最普遍的理論，即鉑和釕之間界面的雙功能效應(yīng)是活性增加的原因，并為未來(lái)設(shè)計(jì)更加領(lǐng)先的HER/HOR催化劑打開(kāi)新的方向。不論在水電解槽或氫燃料電池中，都將有助于減少使用貴金屬?！?
目前，基于這些發(fā)現(xiàn)，研究人員正在開(kāi)發(fā)實(shí)用的高性能雙金屬鉑-釕電催化劑。
