“电火花法”制备出高电催化性能纳米合金

近日，中国科学院过程工程研究所研究员杨军团队与韩国首尔国立大学教授Mansoo Choi团队合作研发了具有较好普适性的“电火花（Sparking Mashup）”技术制备合金纳米颗粒，并利用该技术制备出包括互溶金属、不互溶金属和高熵纳米合金在内的平均粒径为5nm的55种不同的合金纳米颗粒。该制备方式突破了湿化学方法在不互溶金属和高熵纳米合金合成中的局限性。

由于金属纳米合金在电催化应用方面有很大潜力，其设计与制备是纳米科学技术领域的热点，受到研究人员的关注。纳米合金中不同组分间的相互作用可改变活性金属的电子构型并产生协同效应，提升其在电化学反应中催化活性、稳定性和选择性。特别是对于Pt和Pd等贵金属，通过与过渡金属合金化的方式，可减少催化剂中贵金属的用量、保持甚至提升其电催化活性、降低催化剂成本。

互溶金属构成的纳米合金可利用湿化学方法制备与调控。但针对不互溶金属或物理化学性能有差异的多种金属构成的合金（高熵纳米合金），其合金化仍面临挑战，需要突破湿化学法的局限、发展和应用新的制备方式和技术。研究团队制备的纳米合金具有超小颗粒尺寸，不同组分间的电子效应及颗粒清洁的表面，使得该方法制备的含铂或钯的纳米合金在甲醇和乙醇的电催化氧化中表现出优异的催化性能。研究人员表示，下一步要优化含铂或钯的纳米合金，以提高其在直接醇类燃料电池中的性能。制备该纳米合金有望为燃料电池和其他可再生能源领域创造低成本、高活性和耐用性的催化剂。

相关研究成果发表在Matter上。在首尔国立大学工作的博士冯继成和过程工程所副研究员陈东为论文共同第一作者。