新型一氧化铂催化剂促进光解水制氢效率

新型一氧化铂催化剂促进光解水制氢效率

2016-06-13 12:41来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

新型一氧化铂催化剂示意图

氢能已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源。这是因为氢的燃烧水是它的唯一产物。另外氢无臭无毒、储存、运输方便、使用安全。氢在大气中并不存在，但它大量地存在于各种水中。可通过电解等方法从水中获得氢气。但需很大的能量供给，成本极高。以方便而廉价的方法制备氢气则成为能源和环境科学工作者梦寐以求的愿望。日本Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，揭示了利用太阳能分解水制氢—或者说将太阳能直接转换为化学能的可能性。

在光解水制氢中，金属铂一直被视为最有效的共催化剂之一，然而，其同样会高效催化氢气的氧化反应，这一逆反应限制了催化剂光能转换效率的提升。近期，华东理工大学材料科学与工程学院新型清洁能源材料研究室杨化桂教授团队开发出一种新型共催化剂材料，一氧化铂团簇，其不仅能有效地抑制氢气氧化反应，同时维持了高效的太阳能光解水制氢性能。

该工作首先使用高分子配体作为价态控制剂，将铂的前驱体还原为一氧化铂并负载在基底光催化剂材料表面，随后，通过扫描透射电镜(STEM)与X射线吸收精细结构谱(XAFS)等测试手段，对其微观结构和原子键合等信息进行了表征与分析，再结合氢气氧化反应和光解水制氢等相关性能检测，最终在国际上首次发现这一能够有效抑制氢气氧化过程同时高效稳定催化氢气释放的新型共催化剂材料。在第一性原理计算及相关热力学分析的辅助上，成功阐明了其单向抑制氢气氧化过程的作用机理，并印证了其优异的结构稳定性。这一研究成果不仅为今后其它高效光催化剂材料的性能提升以及相关催化产氢机理提供了重要探索途径，也为光电催化反应、水煤气反应、燃料电池等相关清洁能源领域的发展提供了重要的理论依据及应用基础，在解决能源危机和环境污染问题方面起到促进作用。

多位太阳能光解水领域的专家均对这项原创性工作给予了很高的评价，认为该项工作为进一步提升高效催化剂的光解水性能提供了可能性，将实验技术与理论计算有机结合，阐明了一氧化铂共催化剂控制氢气反应方向的特殊能力，具有重大的科学意义，这一重要的发现将对太阳能光解水制氢领域及相关清洁能源领域产生积极的影响。