氢能源是21世纪最清洁能源,具备资源丰富、储能时间长、能量密度大等优势。氢能的应用场景集中在交通、工业、发电及建筑这四大领域。绿氢指通过光伏发电、风电、太阳能等可再生能源电解水制氢,在制氢过程中将基本上不会产生温室气体,因此被称为“零碳氢气”。在“双碳”政策推动下,我国各行业脱碳势在必行,因此可以预见,未来绿氢市场的增量空间是巨大的。
近期,电解水制氢的技术路线不断获得新突破,我国科研人员持续攻关,在核心技术自主方面颇有建树。一直以来,铂是碱性条件下电解水阴极析氢反应的最有效催化剂,但是仍表现出较大的过电势,在大规模制氢中具有较高的电能损耗。铂催化剂的研究主要集中在稳定立方相纳米材料。虽然亚稳相贵金属纳米材料具有独特的催化性质,该类材料的研究仍处于初级阶段,缺乏足够的合成和电子调控策略以充分激发该类材料的催化潜力。
针对上述问题,西安交大高传博教授团队提出以非贵金属镍为模板合成亚稳相铂基纳米催化材料,令碱性电解水析氢的过程变得更为高效。具体来看,该材料通过采用油胺与铂盐的配位反应,有效抑制了铂盐与镍纳米材料之间的置换反应,实现了亚稳六方相铂在镍非(0001)晶面上的可控形成和精准的厚度调控。镍模板不仅降低了催化剂的成本,还通过核壳间应力和电子转移效应,有效调变了亚稳六方相铂壳的电子结构。据称,该催化材料在–70 mV过电势下的催化活性达到17.4 mA μgPt–1,是迄今为止报道的最高性能。