東北大學實現金屬微粒子表面結構的控制使得氫氣製造催化劑活性最高可達約5倍

為了有效利用氫氣作為能源，各國研究者正在尋找高效的氫氣生成反應方法。然而，目前最有效且耐用的電極催化劑主要是由昂貴的鉑（Pt）等貴金屬製成，有需要開發活性更高、消耗金屬量更少的替代品。東北大學於2024年10月宣布其研究團隊成功建立了一種可以控制粒徑約1奈米的極微細金屬奈米原子簇（NC）表面結構的技術，並利用這些新型奈米材料作為電極催化劑，相較於傳統金鉑（AuPt）合金奈米原子簇催化劑顯著提升了氫氣生成的催化活性約五倍。
在此研究中，團隊排列了具有新幾何/電子結構的兩種AuPt奈米原子簇，並成功用作氫氣生成催化劑。透過分析其晶體結構，研究團隊確認三種金屬奈米原子簇具有相似的核心結構，但其表面結構有所不同。在進一步評估這些金屬奈米原子簇於氫氣生成反應中的活性後發現，兩種新型金屬奈米原子簇皆顯著降低了啟動電位和電流密度，從而促進了氫氣的生成。這一突破主要歸因於新金屬原子簇的幾何結構促進了氫離子在金屬核心表面的吸附，從而提高了催化活性。
值得注意的是，這些金屬奈米原子簇不僅適用於氫氣生成，還可廣泛應用於氧氣還原反應和二氧化碳還原反應等多種催化反應。研究團隊對未來的發展寄予厚望，計劃將此次合成方法與鈀或銅等多種異質金屬掺雜結合，以創造出更廣泛的新型功能性材料。

資料來源：fabcross新聞（2024-10-28）
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