元素百科介绍中国科技大学出电催化析氢技术的研究。氢被认为是一种环境友好的清洁能源，电催化分解水可以制备高纯氢，电解水是碱性介质中最有可能实现工业化氢的技术。贵金属一直是该领域最活跃的催化剂。近年来，研究人员一直致力于将过渡金属发展成高活性碱性氢分析催化剂，以降低成本。然而，与贵金属相比，许多催化剂的活性仍有很大差距。合金化少量贵金属和过渡金属是提高过渡金属电催化性能的重要途径。近日，中国科技大学博士生苏建伟和杨阳（导师陈乾旺教授）通过理论计算，提出了少量贵金属和过渡金属钴合金，提高钴催化活性，设计了以金属有机框架化合物为前驱，制备氮混合石墨烯层包裹合金核心复合结构的工艺。复合纳米结构作为碱性氢分析催化剂，具有与贵金属相当的氢分析性能。
电催化剂析氢过程
RuCo@NC纳米粒子的合成路径和结构模型示意图。(a)Co3[Co(CN)6]2，(b)与Ru混合的Co3[Co(CN)6]2，(c)RuCo@NC纳米粒子的聚集体示意图，(d)c中Ruco@NC纳米粒子放大的模型示意图，简要描述了碱性介质中作为电催化剂的氢分析过程。
电催化剂析氢制备方法
该工作以贵金属中掺杂的钴氰酸钴普鲁士兰为前驱，在惰性气氛中烘烤，制备了用钴合金覆盖的氮混合石墨烯层的纳米颗粒。合金中的铝占3.58 wt.%。该方法可在合金表面覆盖混合氮的石墨烯层原位，保护合金核心，提高稳定性。当电流密度为10mA/cm2时，碱性析氢电催化剂的过电位仅为28mV，显示出与20%商用铂碳电催化剂相当的电催化析氢性能。密度泛函理论模拟计算发现，与氮原子相邻的碳原子是催化反应的活性点，钴合金化比简单钴更能促进电子向石墨烯层表面的转移，改变钴合金的内部比例可以调节外部石墨烯层表面的电荷分布，合适的钴合金比例可以大大降低活性点的氢吸附自由能，可以达到类似铂催化剂的氢吸附自由值。这种独特的复合纳米结构大大提高了其催化性能，具有潜在的应用前景。
该研究得到了国家自然科学基金委员会、中国科学院和大学青年创新基金的支持。
