科技日報記者 史俊斌 通訊員 劉昱含
記者10月8日從西安交通大學獲悉，該校前沿科學技術研究院金明尚教授團隊與上海交通大學鄔劍波教授、美國加州大學河濱分校殷亞東教授課題組密切合作，找到鉑催化劑晶格應變的精準、連續調節路徑。該成果以《調控鉑催化劑表面實現高效電催化》為題，于10月6日發表在國際著名科學期刊《自然》上，它不僅從根本上探索應變如何影響鉑電催化，還為制造用于可再生能源轉換反應的高性能鉑催化劑提供了一條有前途的途徑。
鉑催化劑是目前能源領域最重要的一類催化劑，已被廣泛應用于燃料電池、水分解制氫等可持續能源系統中。如何實現鉑催化劑表面應變的精準、連續調控是催化領域備受關注和亟待解決的挑戰性難題。
利用鈀基納米立方體內核在磷化/去磷化過程中的體積伸縮調控鉑殼層晶格應變。受訪單位供圖
金明尚教授研究團隊在前期發現鈀（Pd）納米晶體可以通過磷化和去磷化反應實現體積連續改變的基礎上，發展了一種基于鉑基核殼結構的磷化和去磷化處理的全新應變調節方法。將鉑沉積于鈀基材料表面形成Pd@Pt及PdP@Pt核殼結構，結合前期研究中曾發現對鈀納米立方體進行磷化處理會引起明顯的體積膨脹，通過去磷化處理又可使PdP納米顆粒體積回縮至初始狀態。發現對Pd@Pt（PdP@Pt核殼結構）進行磷化（去磷化）處理可以獲得相應的拉伸（壓縮）應變。再通過控制磷化（去磷化）程度調節實現了鉑晶格伸縮程度的精準調控，得到在-5.1%到5.9%范圍連續可調的晶格應變，系統分析了實驗條件對晶格應變的影響，并結合理論計算揭示了晶格應變能改變催化體系中關鍵物種在鉑催化劑表面的吸附強度和吸附位點從而影響其催化活性。尤其是在深入理解鉑催化劑“應變—活性”構效關系的基礎上，通過應變優化使鉑催化劑在甲醇電催化氧化和析氫反應中的活性分別提升2.5倍和1.5倍以上。也為高效鉑催化劑的設計和制備提供了詳細的理論指導和全新的實驗方法，并有望應用于燃料電池、電解水產氫產氧等領域，助力國家能源戰略。
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