研究人员报告说故意缺陷会产生更好的反应
缺陷并不总是坏事。事实上，当谈到改进产生清洁燃烧氢气的电催化过程时，这可能是一件非常好的事情。中国的研究人员设计了一种电催化剂——它可以加速所需的反应——具有非晶和晶体结构，其中包含原子结构中的缺陷。该团队报告说，这些缺陷使电催化剂能够触发“卓越”的反应活性。
他们于 5 月 15 日在 Nano Research Energy 上发表了他们的 研究结果。
中国科学院教授李翠玲说：“由可再生能源驱动的水电解制氢——或利用电流分解水以分离氢气和氧气——是缓解和解决能源和环境危机的一项有前途的技术。”隶属于北京理工大学和滨州理工学院的理化技术研究所。
析氧反应是水电解的阳极反应，其中直流电引起化学反应，将氧分子从水分子中分离出来。然而，李称这种反应是“一个缓慢的过程”，它限制了水电解作为产生氢气的可持续机制。根据 Li 的说法，氧气析出反应很慢，因为它需要大量的能量来触发分子如何转移其成分，但如果与更高效的催化剂结合，它可以用更少的能量加速。
“开发用于析氧反应的高效电催化剂对于开发用于清洁能源转换的电化学装置至关重要，”李说。
研究人员转向氧化钌，这是一种成本较低的催化剂，与其他催化剂相比，它对反应物和中间体的粘附较少。
“据报道，与商业产品相比，基于氧化钌的纳米材料具有更好的析氧反应性能，同时迫切需要更复杂的电催化剂设计策略来激发更有效的催化性能，而且在很大程度上尚未开发，”李说。
为了填补这一空白，研究人员合成了氧化钌多孔颗粒。然后他们处理这些颗粒以产生合理调节的异相，这意味着这些颗粒包含集成在一起的不同结构。Li 说，多孔和异相结构提供了缺陷——本质上是原子结构中的缺口——这使得析氧反应能够以更多的活性位点进行，从而更有效地进行。
“受益于所得样品的丰富缺陷、晶界和活性位点可及性，证明了优异的析氧反应性能，”李说，并解释说，工程化的电催化剂不仅能产生更好的析氧反应，而且还能用更少的为该过程提供动力的电力。“这项研究证明了相工程的重要性，并为策略组合催化剂的设计和合成提供了一条新途径。”
其他贡献者有 Chengming Wang、Qinghong Geng、Longlong Fan、Jun-Xuan Li 和 Lian Ma，均来自团簇科学教育部重点实验室，北京市光电转换材料重点实验室，化学与化工学院，北京理工大学。
北京理工大学分析测试中心为本研究提供了技术支持。
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