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新加坡利用“一步法”合成低成本高效磷化钴催化剂

来源:材料科技在线|

发表时间:2018-09-17

点击:18310

近期,新加坡A * STAR的一个研究团队中的研究人员表示,一种低成本、简单的铂基催化剂替代品可能很快就会出现,而且其可以直接催化水反应生成氢气。(具体可以参考:ACS Applied Materials and Interfaces, "One-Step Facile Synthesis of Cobalt Phosphides for Hydrogen Evolution Reaction Catalysts in Acidic and Alkaline Medium")。

A * STAR材料研究和工程研究所的一个研发团队开发了一种一步法合成钴磷化物的方法,而且这种物质在氢析出反应(HER)中表现出良好的电化学活性。其中,Zhaolin Liu和Yun Zong作为该研究团队负责人。随之,Yun Zong表示:“我们合成的这种钴磷化物与昂贵且稀缺的铂基催化剂不同,其具有长期稳定性,且适合大规模工业实施的优点,所以这些磷功能化钴催化剂特别有前景。”


图为磷化钴(粉红色)作为催化剂分别在酸性和碱性介质中催化析氢反应的示意图


氢气作为一种能量密集,清洁及可再生的燃料来源,在许多工业过程中起着关键作用。例如在氨的生产以及化石燃料的加工和精炼过程中,氢气在其中起着不可替代的作用。然而,其生产方式主要通过天然气的蒸汽重整来生产,其中,天然气主要是来源于大量排放二氧化碳的碳氢化合物中高温提取的。

所以,电解水和光驱动的水分离技术(将氢从水中分离出来),已经成为一种具有吸引力的环保替代方法。而这些电化学方法依赖于阳极氧的缓慢生成和阴极氢的演化反应。


然而,事实证明,在酸性条件下氢的析出更为容易,然而用于加速阳极反应的电催化剂在碱性介质中表现出更高的活性。为了应对这一情况,团队设计了纳米结构的磷化钴,该物质无论在酸性水质还是碱性水质中都能促进析氢反应。


研究人员已经开发了一种简单且可扩展的合成方法,可以一步合成催化剂。在这一步合成中,当加热至330摄氏度时,含磷化合物直接与市售钴盐反应。这种不寻常的气-固“磷化”反应产生了一种含有钴化合物的混合物,其中包括单金属和双金属磷化物、氧化物和微量金属与少量的气态磷化氢。


随后,Zong表示:“反应所产生的这些钴物种可能都有益于HER的整体活性。” 他还补充道,大多数气固磷化反应只能以低产率得到单金属衍生物。而且传统的合成需要多个步骤,包括生产钴前体的生成以及随后磷化物的形成。

除了将钴基催化剂整合到水分解系统中之外,该团队目前正在研究筛选其他过渡金属盐并优化合成程序。负责人Zong表示:“这些方案可以推广到其他过渡金属盐的一步磷化。”随后他还表示,对钴盐直接磷化的深入研究为未来大规模合成过渡金属磷化物提供了宝贵的经验。

原文来自:nanowerk,原文题目:Stepping up water splitting with nanostructured cobalt phosphides,由材料科技在线团队编译。

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