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单原子催化剂在光伏器件中的应用研究

时间:2014年11月05日 00:00来源: 作者: 点击:

 

单原子催化剂在光伏器件中的应用研究
        总所周知,贵金属如铂、钯、铑、银、钌等是重要的催化材料,但是,由于储量有限,贵金属材料高昂的价格一直是制约其大规模应用的主要因素,因此,如何最大程度上提高贵金属催化材料的原子利用率是解决这一问题的有效途径。提高贵金属原子利用率的传统的方法是将其分散于高比表面积的载体上,但通常只能得到尺寸在1-10纳米范围内的纳米粒子。近些年来,先进表征技术和理论计算方法的发展极大推动了人们对纳米催化科学的认识,一些亚纳米尺度的催化剂已经被证明具有明显不同于纳米尺度催化剂的性能。将贵金属以单原子的形式负载在催化剂载体上可以将其原子利用率提高到极限,而如何制备该类型单原子催化剂是人们面临的一大挑战。2011年,中科院大连化物所以氧化铁为载体成功制备出首例具有实用意义的 “单原子”Pt催化剂,并以CO氧化和富H2气氛下CO选择氧化为探针反应,证明该单原子催化剂具有非常高的催化活性和稳定性,其催化活性是传统纳米催化剂的2-3倍(Nature Chem., 2011, 3, 634)。电催化是催化学科的一个重要分支,但截止目前,单原子催化剂应用在电催化领域的报道十分少见,因此,人们迫切需要了解和认知单原子催化剂的电催化行为。
        近日,史彦涛副教授与中科院大连化物所张涛院士、王爱琴研究员以及美国亚利桑那大学刘景月教授合作首次将含Pt的单原子催化剂成功应用于光伏器件中,并详细研究了其电催化行为,相关研究成果已在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201402978)杂志上发表。本论文将含Pt的单原子催化剂用作染料敏化太阳能电池对电极,主要作用是对电解质中的I3-离子进行电催化还原。研究结果表明,与常规Pt对电极(通过溅射法制备)相比,一方面,单原子催化剂显示出了极高的原子利用率,可大幅减少Pt使用量;另一方面,I3-离子在其表面的氧化还原可逆性大幅增强,更加有利于电催化反应的进行。目前,有关单原子催化剂电催化的后续研究工作还在继续开展中。
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