電催化是能源應(yīng)用中的重要一環(huán)，如燃料電池中的氧還原反應(yīng)(ORR)、綠色制氫中的析氫反應(yīng)(HER)和金屬空氣電池中的析氧反應(yīng)(OER)。為了提高電催化性能，研究人員研究了多種多孔材料。氣凝膠是一類多孔材料，可以從幾乎任何類型的組成單元(如陶瓷、金屬氧化物、碳和聚合物)中制備得到，由于具有高比表面積、自支撐性等優(yōu)勢，可以提供優(yōu)越的催化活性和耐用性，是一種非常具有潛力的催化劑材料。貴金屬氣凝膠(NMAs)，氣凝膠家族中的新成員，其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和貴金屬的催化活性，為設(shè)計制備活性高和壽命長的電催化劑提供了新的思路。與傳統(tǒng)催化劑相比，NMAs不僅能夠提供性能卓越的非金屬或過渡金屬基催化劑，而且還能夠提供商業(yè)貴金屬基催化劑，如Pt/C和Pd/C。然而，由于目前合成的NMAs種類有限，所研究的電催化反應(yīng)主要集中在醇的氧化上，有關(guān)ORR和OER的相關(guān)研究較少，缺乏系統(tǒng)的研究。此外，為了滿足工業(yè)需求，可以在通用pH值下穩(wěn)定工作的電催化劑是非常需要的。然而，對NMA‐基電催化劑在大pH值范圍內(nèi)性能的研究仍然缺乏，這影響了對其在實際應(yīng)用中潛力的全面和公正評估。有鑒于此，德累斯頓工業(yè)大學(xué)Alexander Eychmüller教授和Wei Jin等人合作開發(fā)了一種鹽凝膠化方法，通過在離子效應(yīng)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)金屬納米粒子(NPs)和鹽離子之間的相互作用，從而提供了一種高效、可靠的策略來制造具有可控結(jié)構(gòu)的NMAs。
本文要點
1）他們通過采用強(qiáng)鹽析劑（即NH4F，即作為引發(fā)凝膠化的引發(fā)劑），制備得到的氣凝膠的組成可以擴(kuò)展到各種雙金屬和三金屬體系。通過對化學(xué)成分的精細(xì)調(diào)控，獲得了高性能的ORR催化劑，而且在電催化和電化學(xué)水分解中也表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
2）貴金屬氣凝膠具有獨特的電催化潛力，這歸因于氣凝膠的整體和多孔結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，以及貴金屬的高電導(dǎo)率和催化活性。Au–Pt和Au–Rh氣凝膠催化劑在HER和ORR電催化方面均表現(xiàn)出卓越的pH通用性（pH=0–14），超過了工業(yè)Pt/C催化劑和許多其他基于納米顆粒（NP）的催化劑。
該工作設(shè)計制備了各種高活性的pH通用型電催化劑，豐富了NMA的應(yīng)用庫，為設(shè)計用于關(guān)鍵能源相關(guān)應(yīng)用的高級電催化劑（例如電化學(xué)制氫和燃料電池）開辟新的途徑。
參考文獻(xiàn)：
Ran Du et al. Engineering Multimetallic Aerogels for pH‐Universal HER and ORR Electrocatalysis. Advanced Energy Materials, 2020.
DOI: 10.1002/aenm.201903857
https://doi.org/10.1002/aenm.201903857
