近年来Science正刊电催化10大经典工作

近年来Science正刊电催化10大经典工作

电催化在清洁能源转换中起着核心作用,为未来的技术实现了许多可持续的过程。催化开天地(ID:catalysisworld)和清新电源(ID:sztspi)联合整理了近年来Science关于电催化的报道,以下素材皆来自各公众号,点击小标题可以跳转到资讯原文,获取更详细的信息。

【Science】电催化理论与实验相结合:深入探究材料设计

Combining theory and experiment in electrocatalysis: Insights into materials design. Science, 2017,DOI: 10.1126/science.aad4998

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电催化剂发展策略

Thomas F. Jaramillo课题组综述了近年来电催化四大反应(HER,HOR, ORR, OER)电催化剂的重要发展,用理论作为催化剂性能的合理化解释的手段。通过考察控制不同电化学反应的催化剂的共同原理,我们描述了一个阐明催化这些反应趋势的系统性框架,该综述也可作为新的催化剂开发指南,同时强调了需要解决的关键问题。通过扩展这个框架到新兴的清洁能源反应,例如过氧化氢生产、二氧化碳还原和氮气还原,其中开发先进的催化剂可以实现燃料和化学品的可持续生产。

Science】:70%!催化大牛Sargent在强碱性电催化还原CO2制乙烯!

CO2 electroreduction to ethylene via hydroxide-mediated coppercatalysis at an abrupt interface. Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aas9100

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电催化还原CO2制乙烯原理图

多伦多大学Edward H. Sargent课题组在Science上在线发表了电催化CO2还原到乙烯的研究进展。同期,加州大学伯克利分校的Joel W. Ager和剑桥大学的Alexei A. Lapkin在Science发表了评论。

【Science】:利用太阳能转化CO2为燃料,纳米结构催化剂效率提升千倍

Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf4767

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密度泛函理论计算CO2还原自由能

美国伊利诺伊大学芝加哥分校的Amin Salehi-Khojin和阿贡国家实验室的Larry A. Curtiss等科学家在Science报道了一种高效的过渡金属二硫属化合物(如WSe2)纳米结构催化剂,并设计出一种新型太阳能电化学催化反应装置,能在低过电位下于离子液体中直接将CO2转化成合成气(CO和H2),生成一氧化碳(CO)的效率可达传统银纳米颗粒催化剂的1000倍,整个过程廉价且高效,稳定性好。

【Science】:多金属OER电催化剂超低过电位!

Homogeneously dispersed, multimetal oxygen-evolving catalysts. Science, 2016. DOI: 10.1126/science.aaf1525

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制备胶状FeCoW羟基氧化物催化剂

Zhang等人发展了一种室温制备胶状的FeCoW羟基氧化物催化剂,金属组分呈原子级均匀分散!这种胶状的FeCoW羟基氧化物催化剂在10 mA. cm-2,碱性电解质中过电位为191 mV。至今为止,这是相同条件下所报道的最低的过电位。

连续反应500 h后,催化剂性能没有出现明显的降低。X射线吸收光谱和理论计算表明,W、Fe和Co之间的相互协同作用产生了一种局域的配位环境和电子结构,从而增强OER的能量学!

【Science】:锯齿状Pt纳米线,“突破天际”的ORR活性

Ultrafine jagged platinum nanowires enable ultrahigh mass activity for the oxygen reduction reaction. Science, 2016, , DOI: 10.1126/science.aaf9050

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通过分子动力学模拟来解释锯齿形Pt纳米线的超高活性

黄昱与UCLA的段镶锋(Xiangfeng Duan)教授、加州理工学院的William A. Goddard III教授等人合作,又在Science上报道了新的进展。他们通过合成一维的Pt-Ni双金属纳米结构,以此为前驱催化剂,在电化学反应条件下得到了锯齿状的Pt纳米线,这种新颖的一维催化材料再一次刷新了目前ORR反应质量活性的记录。该论文第一作者是博士生Mufan Li。

【Science】:高效酸性OER催化剂!

A highly active and stable IrOx/SrIrO3 catalyst for the oxygen evolution reaction. Science 2016, 353, 1011-1014, DOI: 10.1126/science.aaf5050

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OER理论分析

Seitz等人报道了一种在酸性电解质中具有高活性和高稳定性的OER催化剂:IrOx/SrIrO3。在电化学测试过程中,SrIrO3表面层中会发生Sr浸出,DFT计算表明,在Sr浸出,留下IrO3或者锐钛矿型IrO2图案的过程中,形成了高活性的表面层。

【Science】苏大黄小青:Pt基核壳结构ORR电催化剂!

Biaxially strained PtPb/Pt core/shell nanoplate boosts oxygen reduction catalysis. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah6133

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O吸附能的DFT计算

苏州大学黄小青教授、北京大学郭少军教授以及布鲁克哈文国家实验室Dong Su等团队合作报道了一种PtPb@Pt核壳结构纳米片电催化剂,具有稳定而高效的ORR性能。

【Science】:贵金属-碳化物核壳结构催化剂的新合成策略

Self-assembly of noble metalmonolayers on transition metalcarbide nanoparticle catalysts. Science, DOI: 10.1126/science.aad8471

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WC@Pt核壳结构纳米粒子的合成过程

麻省理工学院(MIT)Yuriy Román等人在Science发表的一篇论文展现了这个领域的最新进展。这篇文章的核心思想是通过在碳化物(如WC)上生长出很薄的Pt来得到核壳结构催化剂。因为活性的Pt都位于碳化物纳米粒子的表面,这样贵金属的利用率就能大大提高。也就是说,为了达到相同的催化性能,贵金属的用量大大减少。

【Science】:解开碳基氧还原催化剂的活性位点之谜

Active sites of nitrogen-doped carbon materials for oxygen reduction reaction clarified using model catalysts,Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aad0832

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目前主要依赖昂贵的贵金属催化剂(如铂)。随着研究的深入,各种非铂催化剂初露峥嵘,显示了良好的电催化活性,如掺杂氮(N)的碳材料。然而,这类碳基催化剂的工机理研究甚少,碳原子和氮原子的排列与催化活性之间的关系仍是一个谜,这阻碍了进一步开发更高性能的能代替贵金属的催化剂。日本筑波大学的研究人员在Science刊文,明确了掺氮碳材料的催化结构,并提出了反应的工作机制。

【Science】崔屹:LiCoO2充放电调控Pt催化剂应力增强ORR!

Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf7680

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催化剂的ORR活性模拟

斯坦福大学崔屹课题组开发了一种利用电池电极材料直接、连续控制Pt纳米催化剂的晶格应力,并调控其ORR催化活性的普适性策略。

供稿 | 深圳市清新电源研究院

部门 | 媒体信息中心科技情报部

撰稿人 | David

主编 | 张哲旭


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