分會(huì)

第二十分會(huì)：固體表界面化學(xué)與多相催化

摘要

水解離過(guò)程中的析氫反應(yīng)（HER）被認(rèn)為是邁向清潔能源社會(huì)的關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)。尋找能夠在酸性條件下催化析氫的高效替代催化劑一直是化學(xué)界面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。圍繞催化機(jī)理闡釋與新型高效催化材料的理性設(shè)計(jì)，我們近年來(lái)開(kāi)展了一系列研究工作[1-5]?；谠缦鹊牧孔恿W(xué)理論研究，我們揭示出商業(yè)化Pt催化劑的優(yōu)異催化性能主要取決于位于納米粒子頂角的高活性位點(diǎn)，而在實(shí)際催化體系中，這些頂角位點(diǎn)容易由于納米粒子的團(tuán)聚而損耗。為此，我們基于對(duì)鉑族金屬硼化物體系的全局勢(shì)能面掃描，嘗試尋找在易暴露晶面上具有優(yōu)異HER本征活性的穩(wěn)定塊體材料。我們研究發(fā)現(xiàn)，Pd-B能夠復(fù)合形成穩(wěn)定的具有金屬性的塊體硼化物，而熱力學(xué)上最穩(wěn)定的Pd-B化物相則是具有六方密堆（hcp）結(jié)構(gòu)的Pd2B相。理論研究進(jìn)一步預(yù)測(cè)，Pd2B能夠具有比純鉑更高的本征活性，因此Pd2B被確定為合適的候選材料。通過(guò)采用溶劑熱法，我們合成得到了以碳為載體的Pd2B納米片，實(shí)驗(yàn)表明該P(yáng)d2B納米片具有超低的過(guò)電位，在酸性條件下具有創(chuàng)記錄的高本征活性，比商業(yè)化的Pt/C催化劑高約2倍，并且在反應(yīng)條件下具有很高的穩(wěn)定性。理論計(jì)算進(jìn)一步表明，hcp晶格形成后的次表面B和晶格膨脹對(duì)提升催化劑的本征活性起著關(guān)鍵作用。該工作成功開(kāi)啟了該穩(wěn)定相作為活性催化劑，特別是加氫催化反應(yīng)的可能性。在苛刻（如還原性、酸性）條件下，高合金化的過(guò)渡金屬硼化物有望成為一類(lèi)高耐久性、高活性的催化劑。

關(guān)鍵詞

析氫反應(yīng);過(guò)渡金屬硼化物;密度泛函理論;催化劑理性設(shè)計(jì)

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