纳米多孔铂(钯)/铜催化剂示意图
合金催化剂是工业上催化剂领域的一个重要分支,与单金属催化剂相比,合金催化剂在不牺牲催化效率的前提下,能大幅降低成本,有些还能起到延长寿命的作用。典型的有用于石油化工的铂铼催化剂,用于葡萄糖氧化的钯铋催化剂等。
纳米技术的兴起,也带来了合金催化剂的变革,人们发现纳米双金属催化剂会产生异常明显的协同作用,性能大幅提高。
目前合成双金属催化剂多采用湿法,会引入大量的有机反应试剂或者后期还要高温煅烧,离清洁环保还有一定的差距。近期,山东大学丁轶课题组变换思路,取得了一定的进展。研究者先将铜/铝合金箔脱合金化,去除活性铝形成纳米多空铜,这种结构中孔洞的最大跨度在50nm以下。然后将其浸没在氯化钯或氯化铂的溶液中,利用金属间的自置换反应,钯或铂会自发的沉积到铜表面,并形成一种共连续的管状多孔结构。
丁教授发现,与目前商用的燃料电池铂催化剂相比,这种双金属催化剂活性几乎高出了三倍。他们推测,可能是多孔管状结构内外表面都参与了催化反应,并且铂/钯与铜的交替构造产生了协同作用,更加有利于电子的传递。
“我们的工作可能代表最简单的方法了新型高比表面积的催化剂之一,”丁说。 “此方法是很简单的,对环境无害,在制造过程中没有贵金属的损失,并且可以容易地按比例放大”。
他解释说,催化剂可能是理想的燃料电池应用的四个原因。 “首先,我们的催化剂的比活性比商业催化剂几乎高出3倍。 第二,我们的催化剂是更宽容的一氧化碳中毒,这对于催化剂的设计在这一领域的主要问题之一。 第三,我们的催化剂也表现出非常可观的氧还原反应活性,这甚至比商业的更好。 最后,我们的催化剂可望有更好的运行耐久性。”