纳米医学与生物治疗发现杂志
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抽象的

地球上储量丰富的纳米催化剂，用于通过水分解产生清洁氢燃料

徐俊元

氢气（H2）被认为是一种清洁且碳中性的能源载体，可用作下一代燃料来满足固定和运输需求。与蒸汽重整相比，电催化水分解代表了一种更绿色、更可持续的制氢方式，近年来得到了深入研究。析氧反应（OER）一直是提高水分解效率的瓶颈。它涉及四个协调的质子耦合电子转移步骤，并且在热力学和动力学上都要求很高。如果没有催化剂，OER 通常在高过电势下发生，导致大量能量损失。与OER相比，H2析出反应（HER）可以相对容易地完成，但仍然需要高效的电催化剂来降低 HER 的过电势，并使反应能够以几乎高的速率发生。最近，地球上丰富的过渡金属基电催化剂已被证明对 HER 和 OER 均具有高活性，并被提议成为用于水电解槽的铂族金属 (PGM) 催化剂的有前途的替代品。在这项研究中，我们展示了我们最近在开发高效、耐用的过渡金属基电催化剂方面所做的努力，包括通过湿化学还原和后磷化处理获得的过渡金属磷化物以及通过簇束沉积制备的钴超细簇。

 

 

电催化水分解是一种很有前景的从水中产生氢气的方法。为了提高水分解效率，必须促进催化剂表面的气体革命，降低析氧过电位（OER），并抑制过氧化氢副产物的产生。为了实现这些目标，在这项工作中，我们从大自然中汲取灵感，借助血红蛋白来促进空心多孔 Fe ₃ O ₄ 微球（M − Fe ₃ O _{4 ）的水分解活性。}血红蛋白单层在M − Fe ₃ O ₄表面自组装 催化剂。它将新产生的氧分子从催化剂表面运走，并在 OER 反应过程中表现出手性诱导自旋选择性 ( CISS ) 效应。由于血红蛋白的“帮手” ，空心多孔Fe ₃ O ₄微球的OER起始电位 降低了100 mV，电流密度提高了2倍。结果表明了一种设计地球储量丰富的催化剂的新策略，该催化剂结合了氧转移和CISS效应的优点  用于电催化水分解。