胡文彬/韩晓鹏AEM：稳定又高效！Pt3V合金用于酸性工业电流密度下析氢

氢能具有环境友好、能量密度高等优点，被认为是替代不可再生化石燃料的理想选择。电化学水分解被认为是一种可持续的生产清洁氢的技术。然而，由于析氢反应动力学缓慢，开发高活性、高稳定性的电催化剂是降低反应能垒和加快反应进程的关键。

迄今为止，铂基材料被认为是HER的基准催化剂，但铂基贵金属在大电流密度下的HER活性和稳定性并不理想，这限制了它们的大规模商业化。因此，制备高性价比和高效率的HER电催化剂对于电化学制氢实现大规模应用至关重要。

近日，天津大学胡文彬和韩晓鹏等将热震技术与电化学活化技术相结合，成功制备出Pt₃V合金析氢反应催化剂。

电化学性能测试结果显示，在酸性条件下，最优的a-Pt₃V催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位为20 mV；并且其仅需300 mV的电位就能达到1 A cm⁻²。a-Pt₃V在500 mA cm⁻²电流密度下连续运行100小时而没有发生明显的性能下降，其结构和组分也没有发生明显的变化。

此外，该催化剂在碱性条件下也能够连续稳定运行超过100小时(300 mA cm⁻²)，表明a-Pt₃V具有优异的酸碱稳定性。

理论计算结果显示，V的引入导致d带中心下移，这表明α-Pt₃V与吸附质之间的反键态占有率升高，有利于削弱氢吸附，改善HER动力学。最外层空位形成能(E_vac)是评价铂基电催化剂耐久性的一个指标：a-Pt₃V的E_vac值超过了Pt(111)，证明了a-Pt₃V的稳定性高于铂。

综上，a-Pt₃V合金的形成可以通过强烈的V−Pt键合作用提高Pt催化剂的催化活性和稳定性，并且该方法也能够用于合成其它铂基-过渡金属合金。

Development of a Novel Pt₃V Alloy Electrocatalyst for Highly Efficient and Durable Industrial Hydrogen Evolution Reaction in Acid Environment. Advanced Energy Materials, 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300127