低成本钯基纳米片催化剂与铂在氢气生产中的性能相匹配

氢能正在成为清洁、可持续未来的关键驱动力，为化石燃料提供了一种零排放的替代品。尽管前景广阔，但氢气的大规模生产在很大程度上依赖于昂贵的铂基催化剂，因此可负担性仍然是该行业面临的主要挑战

为了超越这一点，东京科技大学（TUS）的研究人员开发了一种新型的析氢催化剂，双（二氨基）钯配位纳米片（PdDI），它以极低的成本提供了类似铂的效率。他们的研究发表在《欧洲化学杂志》上

这项研究由前田博明博士和来自TUS的西原博史教授领导，与来自东京大学、日本同步辐射研究所、京都理工大学、RIKEN SPring-8中心和日本国家材料科学研究所的知名研究人员合作

这一发现标志着析氢反应（HER）技术的突破，这是绿色氢能发电的关键过程。HER发生在电解分解水以产生氢气的过程中。传统上由铂制成的HER催化剂电极有助于将水分解过程中电极表面产生的初生氢（[H]）转化为氢气（H₂).

尽管铂（Pt）作为HER催化剂非常有效，但其稀缺性和高成本显著增加了制造成本，限制了其大规模应用

研究小组使用简单的合成工艺和有限数量的贵金属，为Pt催化剂提供了一种高效的替代品。该团队制造了钯基纳米片，可以最大限度地提高催化活性，同时最大限度地减少金属使用，大大降低了与H₂生产相关的成本

“开发高效的HER电催化剂是可持续H₂生产的关键。首席研究员Maeda博士说：“双（二氨基）金属配位纳米片具有高导电性、大表面积和高效的电子转移，是有前景的候选者。此外，它们的稀疏金属排列减少了材料的使用。”。在这里，我们使用钯金属成功开发了这些纳米片。“

该团队分别使用两种不同的方法开发了PdDI纳米片（C-PdDI和E-PdDI）：气液界面合成和电化学氧化。经过活化后，E-PdDI片表现出34 mV的低过电位和35 mV的铂过电位，这意味着几乎不需要额外的能量来驱动氢气生产。

2.1 mA/cm²的交换电流密度也与铂的催化性能相匹配。因此，结果使E-PdDI成为迄今为止开发的最有效的HER催化剂之一，使其成为铂的有前景的低成本替代品。

催化剂是其长期稳定性。这些PdDI纳米片表现出优异的耐久性，在酸性条件下12小时后仍保持完整，证实了它们适用于现实世界的氢气生产系统。“我们的研究使我们离制造氢气又近了一步₂ 前田博士解释说：“生产更实惠、更可持续，是实现清洁能源未来的关键一步。”

此外，通过最大限度地减少对稀缺和昂贵铂的依赖，PdDI纳米片符合联合国可持续发展目标（SDG）：SDG 7-促进负担得起的清洁能源，SDG 9-工业、创新和基础设施。

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这项研究的意义不仅限于实验室实验。PdDI纳米片的可扩展性、增强的活性和成本效益使其对工业氢气生产、氢燃料电池和大规模储能系统极具吸引力。

用PdDI取代铂基催化剂可以减少采矿相关的排放，加速向可持续氢经济的过渡。此外，钯原子的密度比铂原子低10倍，减少了对贵铂的依赖。金属，并接近成本效益高的电极生产。用PdDI纳米片代替Pt有望在汽车、氢气生产和电极供应方面取得巨大成果工业

随着研究的进展，TUS的团队旨在进一步优化PdDI纳米片的商业化，为环境友好型氢社会的发展做出贡献 More information: Hiroaki Maeda et al, Synthesis of Bis(diimino)palladium Nanosheets as Highly Active Electrocatalysts for Hydrogen Evolution, Chemistry – A European Journal (2024). DOI: 10.1002/chem.202403082

Journal information: Chemistry – A European Journal