重大研究,化学家合成金基电催化剂!

RUDN的化学家已经合成了一种基于具有有机配体的金纳米颗粒的电催化剂,该催化剂可以触发燃料电池中的产氢反应和氧还原反应。使用新催化剂的产品收率是使用传统铂基催化剂时的两倍。该文章发表在Journal of Materials Chemistry A上。

在燃料电池中的反应和氢的工业生产中,需要基于金属纳米颗粒(例如金或铂)的催化剂。如果有机分子(配体)附着在纳米颗粒上,则催化剂的活性可以提高。但是,到目前为止,很少有论文研究这种催化剂的功能。

RUDN的化学家拉斐尔·卢克(Rafael Luque)合成了一种催化剂,该催化剂基于用柠檬酸盐(柠檬酸的一种盐)稳定的金纳米颗粒。

为了获得与其他有机物质复合的金纳米颗粒,基于浓度梯度进行了配体交换。为此,将纳米颗粒在新的配体溶液中孵育,然后离心以沉淀形成的具有连接的配体的纳米颗粒。

在氧气还原反应的实验过程中,化学家们发现,配体类型及其与金表面的相互作用对O 2分子的吸收具有显着影响。柠檬酸金纳米颗粒被证明是这些反应中最好的。

这种催化剂的极限电流密度(每平方厘米5.58毫安)比具有其他配体的纳米颗粒的极限电流密度高两倍。这意味着在相同的能耗下,该催化剂将产生更多的氧气。

在制氢反应中,柠檬酸盐纳米颗粒显示出最佳的催化活性以及在氧还原反应中。而且,它们的效率仅为铂催化剂的效率的一半,其成本大大超过了金类似物。

对结构的研究表明,具有柠檬酸盐的金纳米颗粒失去了一些配体,而具有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和巯基十一烷酸(MUA)的纳米颗粒几乎保持不变。

这可能是由于金和有机配体之间的键强度不同所致。为了测试稳定性,这是催化剂最重要的特性之一,所有样品均在明显超过最佳值的电压下测试了12小时。

测试后所有纳米颗粒均保持其结构;此外,具有柠檬酸盐的金纳米颗粒改善了它们的电催化特性。这可能表明新型催化剂将在连续操作下有效地工作。

由于新催化剂的稳定性,它们在未来的工业中具有令人感兴趣的潜力。化学家开发的配体交换方法可用于合成具有适用于可再生氢基能源的预定特性的催化剂。

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