利用Pt-Pd催化剂和Co-MOF作为牺牲模板实现高效氢气生成

《Advanced Sustainable Systems》：Efficient Hydrogen Evolution Using Pt-Pd Catalyst with Co-MOF as Sacrificial Template

高活性电催化析氢催化剂开发对氢能工业化至关重要，但传统Pt基催化剂存在成本高、稳定性差等问题。本研究通过简单两步法利用Co-MOF作牺牲模板合成EDM-Co-MOF@Pt-Pd催化剂，原位分解释放Co2?和二甲基咪唑配体，促进Pt/Pd纳米颗粒在镍泡沫缺陷处定向成核，显著提升分散度。同时，Pt和Pd的d带中心下移优化反应中间体吸附，在10 mA cm?2电流密度下过电位仅16 mV，120小时稳定性测试后过电位增幅仅11 mV，有效克服贵金属催化剂聚集失活缺陷，兼具优异活性和稳定性。

　　

摘要

开发高活性氢演化电催化剂是克服氢能工业化瓶颈、推动氢能经济从实验室研究向大规模应用迈进的关键。然而，基于铂（Pt）的催化剂面临成本高昂和稳定性差等挑战。本文采用一种简单的两步法合成了EDM-Co-MOF@Pt-Pd催化剂，其中Co-MOF作为牺牲模板。Co-MOF在原位分解后，释放出Co²⁺和二甲基咪唑配体到溶液中。在阴极电压的作用下，铂（Pt）和钯（Pd）通过自发取代反应优先在镍泡沫表面的缺陷位点析出，有效提高了这两种金属纳米颗粒的分散性。同时，铂和钯的d带中心发生移动，增强了它们对反应中间体的吸附能力。这两方面的共同作用使得该催化剂在电流密度为10 mA cm^?2时的氢演化过电位仅为16 mV，优于现有的贵金属催化剂。此外，经过120小时的运行后，其氢演化过电位仅增加了11 mV，表明其催化活性和稳定性得到了显著提升。该催化剂克服了传统贵金属催化剂容易聚集和失活的缺点，具有更优异的稳定性及更高的电化学性能。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。