華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊副教授劉鵬飛、教授戴升、教授楊化桂，開發(fā)了一種工況穩(wěn)定、低貴金屬載量負(fù)載的納米團(tuán)簇析氫電催化劑材料（PdHx-WCx），為設(shè)計質(zhì)子交換膜電解水（PEMWE）負(fù)載電催化劑提供了新的見解。相關(guān)研究發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
PEMWE技術(shù)具有制氫速率快、氫氣純度高、占地面積小、響應(yīng)快等優(yōu)點，適用于波動性可再生電力驅(qū)動的綠氫制取系統(tǒng)。然而，PEMWE電解槽的陰極/陽極催化劑，長期依賴于儲量稀少、價格高昂的鉑族貴金屬材料，限制了PEMWE技術(shù)的大規(guī)模部署。開發(fā)低貴金屬負(fù)載量、高原子利用率的新型PEMWE制氫催化劑至關(guān)重要。
研究團(tuán)隊開發(fā)的PdHx-WCx，利用了貴金屬鈀（Pd）在電化學(xué)還原電位下原位注氫形成PdHx的特點，有效調(diào)節(jié)了Pd反應(yīng)位點的氫吸附能，誘導(dǎo)了反向氫溢流過程，加速了析氫反應(yīng)動力學(xué)。工況形成的PdHx-WCx材料在制氫環(huán)境下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在三電極測試體系中達(dá)到10 mA cm-2電流密度時僅需28 mV的低過電位，在50 mV的過電位下具有11.375 A mgPd-1的高質(zhì)量活性，比商用的Pt/C（20wt%）提高了7.9倍。將該電催化劑材料進(jìn)一步應(yīng)用于PEMWE電解槽的陰極，Pd貴金屬負(fù)載量極低，器件達(dá)到1 A cm-2電流密度時的電壓為1.66 V，并且連續(xù)運行200 h無明顯的性能衰減。與目前商業(yè)化PEMWE電解槽陰極水平相比，新型器件貴金屬負(fù)載量可降低至少94.5%，且不會明顯影響制氫器件的性能和穩(wěn)定性。
PdHx-WCx電催化劑反向氫溢流示意圖及其PEMWE制氫穩(wěn)定性曲線。圖片來源于《德國應(yīng)用化學(xué)》
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202412080
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