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貴金屬Pt是HER最高效的析氫催化劑，但其儲(chǔ)量少、價(jià)格昂貴限制了其應(yīng)用。近年來(lái)，研究者們做了一些工作去降低貴金屬的載量。例如，通過(guò)構(gòu)建超薄的貴金屬殼發(fā)展核殼結(jié)構(gòu)用于降低貴金屬載量。在這樣的分級(jí)結(jié)構(gòu)中，核往往起到了模板的作用，不僅能夠降低貴金屬的載量，而且惰性模板還能提升催化劑的穩(wěn)定性。

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圖1.（a，b）為PsS基底上無(wú)光電沉積得到的麥穗狀Te；（c，d）為PsS基底上有光電沉積的海膽狀Te的SEM圖像

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圖2.a為催化劑的合成過(guò)程。（b，e，h）分別為催化劑Pt@Te-PsS、Au@Te-PsS和Rh@Te-PsS的SEM圖像。（c）Pt，（f）Au，（i）Rh，（d，g，j）Te的EDS mapping

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著眼于此，西北大學(xué)楊逢春課題組報(bào)道了海膽狀Te模板用于大幅降低貴金屬(Pt, Au, Rh)的載量。該課題組首次采用P3HT和s-SWNTs組成的異質(zhì)結(jié)為光輔助電沉積的基底制備了海膽狀Te模板，再通過(guò)化學(xué)置換法進(jìn)一步負(fù)載痕量的貴金屬(Pt,Au and Rh)。

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SEM和EDS mapping測(cè)試結(jié)果表明貴金屬在負(fù)載上去之后，Te的海膽狀形貌沒(méi)有發(fā)生改變，且貴金屬元素的分布很均勻。

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ICP測(cè)試表明貴金屬的載量非常低，分別為Pt（0.75 wt%）, Au（0.61 wt%）和Rh（0.12 wt%）。XPS測(cè)試結(jié)果表明，相比海膽狀Te模板，貴金屬負(fù)載之后Te結(jié)合能發(fā)生了右移，這是由于Te上電子偏移至Te和貴金屬的界面，增大了界面的電子云密度，促進(jìn)了對(duì)H⁺的吸附。

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?圖3. a為催化劑Pt@Te-PsS、Au@Te-PsS和Rh@Te-PsS的XPS全譜圖，b為Pt@Te-PsS、Au@Te-PsS、Rh@Te-PsS和Te-PsS的Te的XPS高分辨譜圖

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?圖4.a為催化劑的極化曲線(xiàn)；b為催化劑的Tafel斜率；c為催化劑的EIS曲線(xiàn)；d為催化劑的C_dl

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圖5. 20% Pt/C、Pt@Te-PsS、Au@Te-PsS和Rh@Te-PsS的質(zhì)量活性

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在酸性析氫的測(cè)試中，Pt@Te-PsS表現(xiàn)出優(yōu)異的析氫催化性能，在46mV時(shí)電流密度就能達(dá)到10 mA cm^-2，且Au@Te-PsS和Rh@Te-PsS的過(guò)電勢(shì)也較小。Pt@Te-PsS的Tafel斜率（24 mV dec^-1）比20% Pt/C（33 mV dec^-1）還要低，這表明其析氫過(guò)程為Volmer-Tafel機(jī)理，決速步為T(mén)afel反應(yīng)。

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除此之外，Pt@Te-PsS優(yōu)異的催化性能還源于海膽狀Te模板增大了貴金屬的質(zhì)量活性，Pt@Te-PsS比20% Pt/C的質(zhì)量活性高了接近十倍，Au@Te-PsS和Rh@Te-PsS的質(zhì)量活性也均比20% Pt/C的高。在13000 s的穩(wěn)定性測(cè)試中，Pt@Te-PsS的穩(wěn)定性明顯好于20% Pt/C。

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這些結(jié)果表明，海膽狀Te模板不僅為析氫提供了非富的比表面積和活性位點(diǎn)，提高了貴金屬的質(zhì)量活性，而且分級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生電子偏移，有利于H⁺的吸附，同時(shí)惰性的Te模板提升了催化劑的穩(wěn)定性。該研究為分級(jí)催化劑的構(gòu)建提供了新思路，也為有效降低貴金屬載量提供了參考方法。

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Bai L, Li Y, Zhao J, et al. Highly Efficient Utilization of Precious Metals for Hydrogen Evolution Reaction with Photo‐assisted Electro‐deposited Urchin‐like Te Nanostructure as a Template[J]. ChemCatChem.