“新型电催化剂在碱性氢生产中优于铂”

由uc santa cruz开发的新型钌系催化剂，在碱性水电解中用于制氢的性能明显优于商业铂催化剂。 催化剂是由碳纳米线构成的纳米结构复合材料，钌原子与氮和碳结合在碳基体内形成活性位点。

水的电化学分裂产生氢气是氢气清洁、环保燃料快速发展的重要步骤。 降低价值成本和提高该工艺效率的努力大部分集中在寻找高价铂类催化剂的替代品上。

在加州大学圣克鲁斯分校，由化学和生物化学教授shaowei chen领导的研究人员一直在研究将钌和氮添加到碳基纳米复合材料中所制造的催化剂。 他们2月7日在《国家通讯》上发表的新发现不仅展示了钌基催化剂令人印象深刻的性能，还提供了有关机理的知识，这可能会导致进一步的改善。

陈说，这表明钌对催化水中氢的生成有明显的活性。 对原子尺度的材料也给出了特征。 这有助于理解机制。 这些结果可用于钌基催化剂的合理设计和设计。

该材料通过电子显微镜和元素映射进行的分解显示了钌纳米粒子和碳基体内的每个钌原子。 令人惊讶的是，研究发现催化活性的主要部位不是钌纳米粒子，而是钌原子。

这是因为催化活性来源于钌纳米粒子，所以许多研究取得了突破。 我们发现单个原子是最重要的活性位点，尽管纳米粒子和单个原子有助于活性，第一作者bingzhang lu，研究生说。 在加州大学圣克鲁斯分校的chen实验室。

卢与化学和生化助手袁平教授合作进行了理论计算，证明了钌单原子比钌纳米粒子具有活性的催化剂中心的理由。

萍说，我们根据第一性原理进行了独立的计算，展示了钌如何与这种材料中的碳和氮结合，以及它如何降低反应势垒提供更好的催化活性。

陈氏说为了钌系催化剂的实验制造申请了专利。 他指出，除了作为可持续能源系统一部分的氢气生产的潜在应用外，碱性水电解已经广泛应用于化工行业。 因为在被称为氯碱电解的相关工艺中也可以使用钌催化剂。 。 因此，更廉价、更有效的催化剂已经存在于大市场。

水电解产生氢气可以在酸性或碱性的条件下进行，各种做法都有优点和缺点。 与碱性介质相比，酸性介质对铂催化剂更有效。 chen指出，钌基催化剂在酸性介质中的作用基本上和铂一样，在碱性介质中优于铂。

未来的事业要求材料中活性位点的数量最大化。 他们也可能会考虑在同一个纳米复合材料平台上采用其他金属。

除了陈和平外，论文的共同作者还包括林果、冯屋、颐蓬、贾恩路和加州大学圣克鲁斯分校的泰勒智能； 华南理工大学南王； 加拿大光源的zou finfrock； dalhousie大学的david morris和Peng张； 北京大学的李宁和彭鹏。 这项研究得到了美国国家科学基金会和加州大学圣克鲁斯校区的支持。

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