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據(jù)外媒報道，香港科技大學(xué)（HKUST）和廈門大學(xué)（廈門大學(xué)）的研究人員對表面釕原子如何提高鉑的析氫和氧化活性有了新的認識。這一發(fā)現(xiàn)開辟了新方法，有助于合理設(shè)計用于電解槽和燃料電池應(yīng)用的更先進的催化劑。
氫是一種不含碳的清潔能源載體，有望在促進社會可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用，可再生能源可通過電解槽中的析氫反應(yīng)（HER）制氫，并利用水制氫；并通過燃料電池中的氫氧化反應(yīng)（HOR）消耗氫氣來發(fā)電。
不幸的是，在堿性介質(zhì)中，即使使用最活躍的鉑催化劑，這兩個反應(yīng)的動力學(xué)仍然非常緩慢，緩慢的反應(yīng)速率影響了這兩種電化學(xué)裝置的效率并阻礙了它們的大規(guī)模應(yīng)用，已知可以通過表面改性或與釕合金化來提高HER/HOR的鉑反應(yīng)速率。然而，這種方法幾十年來一直存在爭議，部分原因是缺乏對催化劑表面氫原子行為的直接觀察。
為了揭開鉑釕雙金屬催化劑提高HER/HOR反應(yīng)速率的奧秘，香港科技大學(xué)化學(xué)與生物工程與能源研究所邵敏華教授帶領(lǐng)的研究小組使用了強大的表面增強紅外吸收光譜（ SEIRAS）直接監(jiān)測不同表面上重要反應(yīng)中間體氫原子的鍵強度。通過全面的電化學(xué)、光譜學(xué)和理論研究，研究人員證實，與亞表面鉑相互作用的表面釕原子比鉑活性高一個數(shù)量級，即釕原子是系統(tǒng)中的主要活性位點，而不是鉑原子。
研究人員表示：“以前的工作主要使用傳統(tǒng)的電化學(xué)和表征技術(shù)，無法直接監(jiān)測氫反應(yīng)中間體的吸附行為。在這項研究中，我們使用了強大的表面增強紅外吸收光譜，這是非常罕見的。”直接看到表面氫原子的技術(shù)。同時，它為我們提供了關(guān)于釕如何提高活性的更直接的信息。這項工作排除了最常見的理論，即鉑和釕之間的界面雙功能效應(yīng)是活性增加的原因?qū)槲磥碓O(shè)計更先進的 HER/HOR 催化劑開辟新方向。無論是在水電解槽還是氫燃料電池中，都將有助于減少貴金屬的使用。”
目前，基于這些發(fā)現(xiàn)，研究人員正在開發(fā)實用的高性能雙金屬鉑-釕電催化劑。
