image: 空心PtNiCu纳米颗粒的(a) TEM图像，(b)高倍率TEM图像（插图为纳米颗粒尺寸分布）， (c)HRTEM图像，(d)能谱分析。(e) XRD图谱。(f) EDX元素映射。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
在能源需求日益增加的今天，易于储存、能量密度高且对环境友好的氢气（H2），被认为是最有前途的清洁能源。析氢反应(HER)作为电解水的半反应，是最具发展潜力的产氢方法之一。目前，电催化析氢最好的固体催化剂是贵金属铂(Pt)。然而，Pt相对稀少，价格昂贵，不适合大规模生产。因此，设计合成高效，稳定，价格低廉的催化剂成为电化学产氢规模化应用的关键。
最近中国石油大学（北京）李振兴团队报道，使用简单的一锅法首次合成了超小型空心三元合金纳米颗粒PtNiCu。PtNiCu纳米粒子的平均尺寸仅5 nm，只含有10%的Pt。其独特的中空结构和较大的比表面积，增加表面原子暴露的程度，提供了丰富的活性中心，使PtNiCu纳米颗粒表现出优异的电催化活性和稳定性。与RHE相比，在碱性电解液中，空心PtNiCu纳米颗粒在10 mA cm-2时的超电势低至28 mV，相当于Tafel斜率为52.1 mV dec-1，其质量活性是商业Pt / C的5.62倍。这有效降低了铂基电催化剂的成本，保证铂原子被更高效的利用。
通过对成键和反键轨道填充的分析，密度泛函理论(DFT)计算表明，PtNiCu纳米颗粒的ΔGH*为0.05 eV，接近于零。在析氢反应(HER)反应过程中，不同金属与氢中间体(H*)的成键强度顺序为Pt>Co>Ni>Cu，空心PtNiCu纳米颗粒优异的HER性能来自于这三种金属与H*之间的适度协同作用。将理论计算与实验数据相结合，这项工作为低成本、高性能HER催化剂的设计和制备提供了一种新的策略。
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文章信息：
Ultra-small hollow ternary alloy nanoparticles for efficient hydrogen evolution reaction
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa204
Journal
National Science Review