過程工程所開發出快速焦耳熱耦合球磨固相混合法

貴金屬硫族化合物具有豐富的晶體構型，兼具成本優勢，在電催化領域展現出潛在的應用價值。中國科學院過程工程研究所研究員楊軍、劉卉和徐文青，開發出耦合球磨固相混合和快速焦耳熱法，用以實現貴金屬硫族化合物納米材料的普適性制備。近日，相關研究成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

貴金屬硫族化合物是由貴金屬（Pd、 Pt、 Ir、 Ru）和硫族元素（S、Se、Te）組成的一類化合物。在鈀（Pd）金屬中引入元素，構建Pd基硫族化合物，可減弱氧還原（ORR）和乙醇氧化（EOR）等典型電化學反應中關鍵中間產物在Pd位點的吸附，利于提高其電催化性能。濕化學、機械剝離、化學氣相沉積、電沉積等常規貴金屬硫族化合物制備方法具有局限性或較為復雜。因此，亟需開發簡單而高效制備具有清潔表面及可控晶體結構的貴金屬硫族化合物納米顆粒的方法。

該研究通過球磨，實現Pd和硒（Se）前驅體以及碳載體固相均勻混合，進而利用通電導體產生的焦耳熱將反應體系快速升溫和降溫，避免顆粒因長時間加熱出現的團聚現象，得到負載于碳載體表面的尺寸微細且分布均勻的Pd-Se納米顆粒。研究顯示，通過改變Pd與Se前驅體比例，可得到立方晶相Pd₁₇Se₁₅納米顆粒和正交晶相PdSe₂納米顆粒。實驗表明，這一方法適用于其他貴金屬硫族化合物的合成，具有普適性。

Se元素的引入利于減弱電化學反應關鍵中間產物在Pd表面的吸附，因此Pd-Se納米顆粒對于ORR和EOR表現出優異且具有晶相依賴的電催化性能。實驗結果顯示，立方晶相Pd₁₇Se₁₅納米顆粒具有更好的ORR催化性能，其半波電位為0.89?V，面積活性和質量活性分別為0.546 mA cm^-2和0.206 A mgPd^-1，而正交晶相PdSe₂納米顆粒在EOR中表現出更優異的電催化性能，質量活性為3.79 A mgPd^?1。

研究工作得到國家自然科學基金等的支持。?

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