-纳米线在交换膜基电解中提高了演变性能
Shaun M Alia1, Mai-Anh Ha2, Chilan Ngo3
1Chemistry and Nanoscience Center, National Renewable Energy Laboratory, 15013 Denver West Parkway, Golden, Colorado 80401, United States.
ACS catalysis
|March 4, 2024
概括
-纳米线显示了电解剂的增强演变活性. 优化的纳米线比Pt纳米颗粒活跃10倍,使的超低负载能够用于离子交换膜电解.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 开发高效的电催化剂对于推进生产技术至关重要.
- 阳离子交换膜 (AEM) 电解器为传统的质子交换膜 (PEM) 系统提供了有前途的替代方案,但需要强大的催化剂.
- - (Pt-Ni) 纳米线为进化反应 (HER) 催化提供了一个新的纳米结构.
研究的目的:
- 为了合成和描述Pt-Ni纳米线作为AEM电解器的高效进化催化剂.
- 通过实验和计算方法研究影响催化活动的结构和电子特性.
- 为了评估Pt-Ni纳米线在膜电极组件 (MEAs) 中的性能,用于实际应用.
主要方法:
- 通过电磁位移合成Pt-Ni纳米线.
- Pt表面积和形态的表征.
- 气化成合金 Pt 和 Ni 并压缩 Pt 格子.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以研究反应机制和能量学.
- 半电池和全MEA配置的电化学测试.
主要成果:
- 作为合成的Pt-Ni纳米线表现出比商业Pt纳米粒子高2-3倍的特定交换电流密度.
- 回火显著提高了活性,比合成的纳米颗粒提高4倍,比Pt纳米颗粒提高10倍.
- DFT揭示了在Ni3Pt上具有压缩格子 (3.77 Å) 的Pt(100) 面降低了水分裂激活能量到0.66 eV.
- 使用Pt-Ni纳米线的MEAs显示出比Ni更大的动力性能1-2个数量级,并且在显著较低的Pt负载下比Pt纳米颗粒提高了性能.
结论:
- Pt-Ni纳米线,特别是当化以在暴露 (100) 面的Ni3Pt上形成Pt皮肤时,是高度活跃的HER电催化剂.
- 纳米结构和优化的电子特性使得超低金组金属负载成为可能,使得AEM电解更经济可行.
- 这些发现为使用AEM电解器有效和经济有效地产生气铺平了道路,弥合了与PEM系统的差距.
