水分解中氧气析出反应的水分电催化剂

2021-12-17 17:40:00王茜冰导读从化石燃料到可再生能源的过渡在很大程度上取决于有效的能源转换和存储系统的可用性。将氢作为载体分子，解中剂质子交换膜电解具有许多优点，氧气例如

从化石燃料到可再生能源的析出过渡在很大程度上取决于有效的能源转换和存储系统的可用性。将氢作为载体分子，催化质子交换膜电解具有许多优点，水分例如在高电流密度下运行，解中剂气体交换少，氧气系统设计紧凑等。析出然而，催化由于氧释放反应(OER)的水分动力学缓慢，增强而阻碍了其广泛实施其中需要使用低丰度和昂贵的解中剂铱基电催化剂。

为寻求合理设计新型OER电催化剂并解决有关能量转换中关键反应的氧气基本问题，机构间MPG联盟MAXNET Energy整合了来自德国和国外不同机构的析出科学家。由于在此框架内进行了密切而富有成果的催化合作，MPI CPfS的化学金属科学系的科学家与柏林的Fritz Haber研究所的专家以及鲁尔河畔米尔海姆的MPI CEC的专家共同开发了一种在电催化和催化反应中产生多功能性的新概念。以金属间化合物Al2Pt作为OER电催化剂材料的前体实例成功地说明了这一点。

金属间化合物Al2Pt(抗CaF2型晶体结构)具有两个对电催化性能重要的特征：(i)Pt费米能级的态密度降低，以及(ii)从铝到铂的明显电荷转移，导致该化合物具有强极性化学键。这些特征提供了固有的OER活性，并提高了在OER苛刻的氧化条件下完全氧化的稳定性。在OER条件下，Al2由于铝的自控溶解，Pt在近表面区域经历了重组。原位形成的近表面微观结构的粗糙度和孔隙率可以补偿比活度的损失。即使在高电流密度(90 mA cm-2)下进行了非常长的稳定性实验(19天)之后，块状材料仍保持了其结构和组成的完整性。扩展合成技术的选择范围，例如薄膜生长，并探索各种金属间化合物，为拟议策略的未来发展画出了主要指导方针。

位于德累斯顿的马克斯·普朗克固体化学物理研究所(MPI CPfS)的研究旨在发现和理解具有不同寻常性质的新材料。

在密切合作下，化学家和物理学家(包括从事合成工作的化学家，实验家和理论家)使用最现代的工具和方法来检查原子的化学组成和排列以及外力如何影响磁，电子和化学性质的化合物。

这种跨学科合作的结果是新的量子材料，物理现象和能量转换材料。