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新方法提供更稳定 有效的电催化反应

西北大学的研究人员已经开发出一种更有效,更稳定的方法来进行电催化反应。

该技术使电解质中的催化剂颗粒流化而不是将其粘合到电极上,从而避免了反应性能的快速下降,这种现象被研究人员称为疲劳。该方法可以改善电解和电化学能量转换和存储的生产过程。

新方法提供更稳定 有效的电催化反应

负责这项研究的麦考密克工程学院材料科学与工程学教授黄嘉兴说:“人们已经进行了广泛的努力来寻找可以更好地耐受电化学反应的新型高性能催化剂。” “我们开发了一种截然不同的方法,以使电催化不易衰减,不是通过寻找另一种新材料,而是通过不同的反应来进行的。”

这项名为“流体电催化”的研究于2月10日在CCS Chemistry杂志上发表,并刊登在2月刊的封面上。

在典型的电催化设置中,一旦将催化材料胶粘到电极上,它们就会浸入电解质中并进行电压激发的反应。由于电压是通过电极连续施加的,因此材料会承受连续的电化学应力。随着时间的流逝,由于电极整体或单个颗粒上累积的结构损坏,其催化性能可能会下降。

该团队的方法通过使电解质中的颗粒流态化来避免持续的压力。现在,粒子旋转运动,仅在与电极碰撞时才短暂经受电化学应力。总的来说,各个碰撞事件的输出合并为连续且稳定的电化学电流。

“流化电催化打破了电化学反应的时空连续性,使催化剂更有效。” 黄说。“流体化还降低了反应物向催化剂的传质极限,因为颗粒在电解液中游动。”

Huang使用一种著名的,市售的称为Pt / C的催化剂测试了他的想法,该催化剂由炭黑粉末制成,该炭黑粉末由铂纳米颗粒修饰,以催化氧的释放,氢的释放和甲醇的氧化反应。这三个电化学反应,在用Pt / C催化时,通常会出现严重的性能下降,但是当颗粒流化时,它们都显示出更高的效率和稳定性。

该论文的第一作者,黄光前团队的前访问博士后Yi-Ge Zhou说:“新策略使不稳定的催化剂为所有三个模型反应提供稳定的性能。这是令人兴奋的概念证明。” 。“当我们计算其中某些反应的单粒子效率时,它比固定粒子至少高三个数量级。我们不给它们施加压力,而是给了粒子放松的机会,它们的效率大大提高。结果。”

虽然需要做更多的工作来确定最能充分利用流化电催化作用的电化学反应类型,但Huang认为他的方法可以应用于多种不同类型的材料,并产生更有效,更持久的电催化反应。这可以导致改进的电化学合成过程,在将能量转换为用于大规模储能的化学药品中起重要作用。

Huang说:“我希望其他研究人员考虑使用我们的方法来重新评估其催化剂。看到以前被认为无法使用的催化剂变得可用将是令人兴奋的。”

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