铂催化剂晶格应变的精准、连续调节路径找到

科技日报记者 史俊斌 通讯员 刘昱含

记者10月8日从西安交通大学获悉，该校前沿科学技术研究院金明尚教授团队与上海交通大学邬剑波教授、美国加州大学河滨分校殷亚东教授课题组密切合作，找到铂催化剂晶格应变的精准、连续调节路径。该成果以《调控铂催化剂表面实现高效电催化》为题，于10月6日发表在国际著名科学期刊《自然》上，它不仅从根本上探索应变如何影响铂电催化，还为制造用于可再生能源转换反应的高性能铂催化剂提供了一条有前途的途径。

铂催化剂是目前能源领域最重要的一类催化剂，已被广泛应用于燃料电池、水分解制氢等可持续能源系统中。如何实现铂催化剂表面应变的精准、连续调控是催化领域备受关注和亟待解决的挑战性难题。

利用钯基纳米立方体内核在磷化/去磷化过程中的体积伸缩调控铂壳层晶格应变。受访单位供图

金明尚教授研究团队在前期发现钯（Pd）纳米晶体可以通过磷化和去磷化反应实现体积连续改变的基础上，发展了一种基于铂基核壳结构的磷化和去磷化处理的全新应变调节方法。将铂沉积于钯基材料表面形成Pd@Pt及PdP@Pt核壳结构，结合前期研究中曾发现对钯纳米立方体进行磷化处理会引起明显的体积膨胀，通过去磷化处理又可使PdP纳米颗粒体积回缩至初始状态。发现对Pd@Pt（PdP@Pt核壳结构）进行磷化（去磷化）处理可以获得相应的拉伸（压缩）应变。再通过控制磷化（去磷化）程度调节实现了铂晶格伸缩程度的精准调控，得到在-5.1%到5.9%范围连续可调的晶格应变，系统分析了实验条件对晶格应变的影响，并结合理论计算揭示了晶格应变能改变催化体系中关键物种在铂催化剂表面的吸附强度和吸附位点从而影响其催化活性。尤其是在深入理解铂催化剂“应变—活性”构效关系的基础上，通过应变优化使铂催化剂在甲醇电催化氧化和析氢反应中的活性分别提升2.5倍和1.5倍以上。也为高效铂催化剂的设计和制备提供了详细的理论指导和全新的实验方法，并有望应用于燃料电池、电解水产氢产氧等领域，助力国家能源战略。