AEM: 工程多金属气凝胶pH‐通用HER和ORR电催化

电催化是能源应用中的重要一环,如燃料电池中的氧还原反应(ORR)、绿色制氢中的析氢反应(HER)和金属空气电池中的析氧反应(OER)。为了提高电催化性能,研究人员研究了多种多孔材料。气凝胶是一类多孔材料,可以从几乎任何类型的组成单元(如陶瓷、金属氧化物、碳和聚合物)中制备得到,由于具有高比表面积、自支撑性等优势,可以提供优越的催化活性和耐用性,是一种非常具有潜力的催化剂材料。贵金属气凝胶(NMAs),气凝胶家族中的新成员,其具有优良的导电性和贵金属的催化活性,为设计制备活性高和寿命长的电催化剂提供了新的思路。与传统催化剂相比,NMAs不仅能够提供性能卓越的非金属或过渡金属基催化剂,而且还能够提供商业贵金属基催化剂,如Pt/C和Pd/C。然而,由于目前合成的NMAs种类有限,所研究的电催化反应主要集中在醇的氧化上,有关ORR和OER的相关研究较少,缺乏系统的研究。此外,为了满足工业需求,可以在通用pH值下稳定工作的电催化剂是非常需要的。然而,对NMA‐基电催化剂在大pH值范围内性能的研究仍然缺乏,这影响了对其在实际应用中潜力的全面和公正评估。有鉴于此,德累斯顿工业大学Alexander Eychmüller教授和Wei Jin等人合作开发了一种盐凝胶化方法,通过在离子效应的基础上调节金属纳米粒子(NPs)和盐离子之间的相互作用,从而提供了一种高效、可靠的策略来制造具有可控结构的NMAs。

本文要点

1)他们通过采用强盐析剂(即NH4F,即作为引发凝胶化的引发剂),制备得到的气凝胶的组成可以扩展到各种双金属和三金属体系。通过对化学成分的精细调控,获得了高性能的ORR催化剂,而且在电催化和电化学水分解中也表现出优异的催化性能。

2)贵金属气凝胶具有独特的电催化潜力,这归因于气凝胶的整体和多孔结构的协同作用,以及贵金属的高电导率和催化活性。Au–Pt和Au–Rh气凝胶催化剂在HER和ORR电催化方面均表现出卓越的pH通用性(pH=0–14),超过了工业Pt/C催化剂和许多其他基于纳米颗粒(NP)的催化剂。

该工作设计制备了各种高活性的pH通用型电催化剂,丰富了NMA的应用库,为设计用于关键能源相关应用的高级电催化剂(例如电化学制氢和燃料电池)开辟新的途径。

AEM: 工程多金属气凝胶pH‐通用HER和ORR电催化

参考文献:

Ran Du et al. Engineering Multimetallic Aerogels for pH‐Universal HER and ORR Electrocatalysis. Advanced Energy Materials, 2020.

DOI: 10.1002/aenm.201903857

https://doi.org/10.1002/aenm.201903857

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