PtAu/rGO HER 催化剂为经济型燃料的未来打开了大门

最近，一篇文章发表在《Catalysts》杂志上，讨论了已经放置在还原氧化石墨烯（rGO）上的铂金（PtAu）纳米颗粒如何对氢在硫酸中的析出具有相当大的催化速率。

研究：由还原氧化石墨烯支持的PtAu纳米颗粒作为氢析氢的高活性催化剂。 图片来源：petrmalinak/Shutterstock.com

氢作为燃料的重要性

世界迫切需要一个可行的化石燃料替代品，无论是在经济上还是在环境上。

由于氢气是一种清洁而廉价的能源，因此，使其成为一种良好的燃料，因此可以通过氢气的演化将水分解成氢气和氧气来产生。

由于析氢反应（HER）具有如此广泛的适用性，因此由于其从学术和工业角度来看的广泛意义，因此在化学中一直是一种彻底研究的反应。

这些活动对于各种操作都是必要的，例如氢燃料电池中的电力生产，H的生产₂通过水电解和一氧化碳的转化₂转化为可用的燃料和化学品等。

对于最佳且廉价的制氢过程，需要一种用于析氢反应（HER）的良好催化剂。

催化剂应该便宜，同时还要表现出高效率，耐用性和使用寿命。一般来说，人们承认铂族中的金属，其中Pt位居榜首，是析氢过程中最大的电催化剂，但它们非常昂贵且难以作为电极材料获得。

在这项研究中，研究人员探索了用于反应的合适催化剂，这些催化剂也便宜且易于获得。

扫描电镜图像（放大倍率= 50，000×，比例尺= 1μm）：（a）Au/ rGO和Au NPs尺寸分布;（b） PtAu/rGO和PtAu NPs大小分布。© Rakočević， L.， Simatović， I. S.， Maksić， A.， Rajić， V.， Štrbac， S.， & Srejić， I. （2022）

Graphene to the Rescue

石墨烯是近年来激起许多科学家好奇心的碳基物质之一。由于其耐人寻味的二维结构，石墨烯具有显着的电磁，机械和光学特性。因此，石墨烯及其衍生物，还原氧化石墨烯（rGO）和氧化石墨烯（GO），已被证明可用作HER和各种其他工艺的催化剂载体。

考虑到这一点，作者选择研究两种材料，以有效催化HER;Au/rGO 和 PtAu/rGO。这两者都是金属沉积在石墨烯衍生物上的支撑。

值得注意的是，与纯PtAu化合物相比，金和铂的原子百分比非常小（分别为0.3%和0.6%），从而使整个催化剂以原始成本的一小部分提供，同时保留了催化剂在析氢反应中的大部分理想性能。

科学方法的严谨性

采用电化学阻抗谱（EIS）和线性扫描伏安法（LSV）对两种催化剂的HER活性进行了评价.

使用计时安培法（CA）来评估PtAu / rGO的耐久性，PtAu / rGO在整个反应过程中一直具有高活性。使用独立测量，还研究了氢在PtAu / rGO和Au / rGO上的演变。实验包括在石墨烯边界处无提示地沉积金和铂。

PtAu/rGO电极表现出优异的HER活性，基线电位相对接近HER的平衡电位。这意味着PtAu/rGO非常适合作为硫酸溶液中HER的简单Pt催化剂的经济替代品。

重要收获

使用PtAu / rGO作为催化剂，用于硫酸溶液中氢气的析出，作者展示了催化剂出色的催化活性。

扫描电子显微镜（SEM）图像显示，PtAu纳米颗粒随机散射且大小不均匀，并且它们主要集中在rGO片的边界上。能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）检查都表明样品中金和铂的原子百分比很低。此外，PtAu/rGO电极的LSV曲线显示出HER的异常起始潜伏和低悬挂的Tafel斜率，这两者对于这种电极都是例外的。EIS研究的结果与LSV数据一致，表明HER活性水平很高。

CA测量在恒定电极电压下进行了40分钟，表明用于析氢的PtAu/rGO催化剂具有出色的稳定性和耐久性。

这一发现可能为使用氢气演化的经济燃料生产打开了大门。

 0.5 M H的析氢反应₂所以₄：（a） 在稳定性测试后，以10 mV/s的扫描速率记录rGO、Au/rGO和PtAu/rGO电极以及单独用于PtAu/rGO的LSV曲线;（b） 衍生的塔菲尔斜坡。© Rakočević， L.， Simatović， I. S.， Maksić， A.， Rajić， V.， Štrbac， S.， & Srejić， I. （2022）

参考

Rakočević, L., Simatović, I. S., Maksić, A., Rajić, V., Štrbac, S., & Srejić, I. (2022). PtAu Nanoparticles Supported by Reduced Graphene Oxide as a Highly Active Catalyst for Hydrogen Evolution. Catalysts, 12(1). Available at: https://www.mdpi.com/2073-4344/12/1/43