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Nat. Commun.：湖南大學吳英鵬課題組在液態金屬電催化系統領域取得新進展

來源：湖南大學      2022-12-20
導讀：近日，湖南大學化學化工學院吳英鵬教授課題組開發出一種在液態金屬中由電流體動力學調控的納米催化劑制備方法，并以此構建了基于液態金屬負載的自修復電催化系統。該成果以“A self-healing electrocatalytic system via electrohydrodynamics induced evolution in liquid metal”為題發表在國際期刊《Nature Communications》上。
電催化作為一種清潔能源的低碳轉化技術，通過將可再生電能轉化為化學能，可實現綠色、高效的化學品合成。電催化的核心是電極/電催化的設計，傳統的催化劑負載于固態導電基底上，以此來實現電荷傳遞及催化轉化。而在長時間的使用過程中，電極失活不可避免，因此開發可自修復型電極具有重要意義。
該團隊通過以液態金屬為分散劑，利用電場誘導納米催化劑發生可控演化，制備了新型鉍劑液態金屬電極，并展示了其在電催化二氧化碳還原領域應用。當鉍催化劑因長時間工作而發生失活時，通過原位電化學重構手段實現了催化劑失活后的自修復過程。

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液態金屬自修復電極的結構表征及自修復
研究發現將氧化鉍前驅體通過可控氧化策略分散在液態金屬中時，在電場作用下，氧化鉍形成高分散的單原子態，并最終在液態金屬內發生原子重排和電化學偏析。進一步研究發現，液態金屬的表面能與金屬鉍的成核有重要聯系，電場可以對其實現精確調控。作者研究了不同電位模式施加時，析出鉍納米催化劑結構、形貌的轉變。同時將演化完成的液態金屬系統集成于3D打印的電解槽中，展示了電催化二氧化碳還原的應用。當該電極在長時間工作后，晶體鉍催化劑中出現了碳酸氧鉍物相結構，導致催化劑失活。在傳統基底負載的催化電極上，由相變引發的失活通常較難解決。而作者通過將催化劑重新引入液態金屬體相內，并通過負電位再生，實現了催化劑的原位修復過程。
該工作開發了電化學可控制備納米催化劑的方法，克服了傳統電催化/電合成電極在失活后難以修復的問題，同時也為新型的液態金屬電催化電極提供良好指導。吳英鵬教授為論文通訊作者，湖南大學為通訊單位。博士研究生侯屹峰為文章第一作者。該工作得到了國家自然科學基金和湖南大學科研啟動經費等項目的支持。

參考資料：https://news.hnu.edu.cn/info/1102/33507.htm


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