郑州治疗白癜风的医院 https://m-mip.39.net/nk/mipso_4790066.html注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析金属团簇的催化活性与其载体密切相关，但是相关研究却不足。众所周知，氢气是一种清洁能源，贵金属Pt是高效的电催化产氢（HER）催化剂。如何通过调控载体结构提高Pt的HER性能，降低Pt的用量是该领域面临的重要问题。近日，天津理工大学鲁统部教授和卢秀利副研究员在Pt团簇电催化产氢方面取得新进展。该团队研究人员在多孔二氧化钛纳米片上负载了平均粒径为0.8nm的Pt纳米团簇，通过改变Pt源调控了TiO2载体中氧空位浓度，分别获得富氧空位的VO-richPt/TiO2和贫氧空位的VO-deficientPt/TiO2催化剂，并对催化剂的电催化HER性能和反应机理进行了研究。图1.HER机理及质量比活性图电化学测试结果表明，在0.5MH2SO4中，当?=0.1V时，VO-richPt/TiO2展现出高效且稳定的HER性能，其质量比活性分别是VO-deficientPt/TiO2和商业20wt%Pt/C的16.7和58.8倍。实验结果表明，VO-richPt/TiO2和VO-deficientPt/TiO2两种催化剂中的Pt含量和Pt团簇尺寸相近，主要区别为TiO2载体中氧空位的浓度。为了探究氧空位对Pt团簇电子结构的影响，研究人员进一步进行了X射线光电子能谱（XPS）的表征和差分电荷密度计算。XPS结果表明，相比与VO-deficientPt/TiO2，VO-richPt/TiO2中Pt的化合价更低。计算结果证实，氧空位的存在可诱导TiO2和Pt团簇之间电荷转移发生反转，即电子从TiO2载体转移到Pt团簇，导致电子在Pt纳米团簇积累，降低了Pt的d带中心。图2.DFT计算及原位拉曼图为深入理解TiO2载体中氧空位对Pt团簇的影响机制，研究人员通过密度泛函理论（DFT）计算和原位拉曼光谱进行了详细研究。DFT计算表明，相比于不含氧空位的模型（Pt/TiO2），含氧空位模型（VO-Pt/TiO2）中Pt团簇具有更接近零的氢吸附吉布斯自由能（ΔGH），从而表现出更高的电催化产氢活性。另外，与Pt/TiO2相比，VO-Pt/TiO2中氢从Pt团簇溢流到TiO2载体需要克服的能垒从0.70eV降低为0.54eV，因此更容易实现氢溢流效应，加速了氢气在Pt纳米团簇上的脱附，从而有利于提高其HER性能。此外，通过原位拉曼光谱测试，研究人员发现VO-richPt/TiO2和VO-deficientPt/TiO2在电解过程中Eg(1)峰发生了明显的蓝移，且VO-richPt/TiO2的蓝移更加明显；当停止电解，蓝移现象消失。单独的TiO2载体在电解过程中，其拉曼光谱中的Eg(1)峰不会发生蓝移。经分析和验证，该现象与氢溢流效应相关。因此，在电解过程中，VO-richPt/TiO2比VO-deficientPt/TiO2表现出更明显的氢溢流效应。该工作通过实验和理论结合，证明了TiO2载体中氧空位可诱导VO-richPt/TiO2实现电荷反转和增强的氢溢流效应，从而表现出高效的HER性能。该研究成果为探究载体对金属团簇催化性能的影响机制和合理设计高效电催化产氢催化剂提供了新思路。这一成果近期发表在AngewandteChemieInternationalEdition上，文章的第一作者是天津理工大学魏振巍博士生和王红娟博士，通讯作者为天津理工大学鲁统部教授和卢秀利副研究员。原文（扫描或长按