东北师范大学朱广山/景晓飞/贾江涛Matter：无粘结剂铂/多孔芳香骨架（Pt/PAF）膜电极用于高电流密度耐久析氢

铂（ Pt ）及其衍生物因其高反应活性和稳定性，成为理想的析氢反应（ HER ）电催化剂。在高电流密度下，由于浸出风险的增加，铂催化剂的应用仍受到限制。本文报告了一种实用且可扩展的策略，通过使用多孔芳香骨架（ PAFs ）膜替代商业 Nafion 粘合剂，制备了极其稳定的铂基电极。这种设计不仅使铂纳米催化剂完全暴露，还实现了更快的电子和质量传输。所有电极均表现出优异的 HER 性能，在安培级电流密度下连续运行超过 1000 小时而活性不减。通过在多孔框架中精确布置锚定铂的硫功能团，实现了电催化剂的均匀分布，即使在强碱性环境中也能持续产氢。本研究可能揭示构建稳健电解槽的途径，有利可再生燃料的加速发展。

图 1. Nafion 粘结电极和 PAFs 膜电极示意图。

背景介绍：

氢气作为一种无碳的可再生能源，是替代化石燃料的理想之选。氯碱工业及水裂解是制备氢气的主要途径。尽管目前已开发出众多高效的 HER 电催化剂，但铂（ Pt ）及其 Pt 基电极材料凭借其出色的稳定性和可靠的长期应用性，被公认为 HER 的首选材料。然而在电极制备过程中 Nafion 通常被作为粘合剂，这会引发一系列问题，如 Nafion 聚合物会包埋部分活性位点，难以实现 Pt 催化剂的均匀分散， Pt 纳米颗粒容易聚集，以及负载量较高等。

本文亮点：

· 通过光引发的硫醇 - 炔点击反应，合成多孔芳香骨架（ PAFs ）材料作为负载，制备了无粘结剂膜电极用于高效 HER 。

图文解析：

通过光引发的点击反应制备了新型多孔芳香骨架材料 LPAF-260 、 -261 和 -264 （图 2a ）。红外光谱（图 2b ）和 ¹³ C 固体核磁共振光谱（图 2c ）光谱验证了目标 PAFs 的成功制备。 195K CO ₂ 吸附等温线（图 2d ）表明 PAFs 具有一定的孔道结构，这为 HER 过程中的物质传输提供了通道。

图 2. (a) PAF-260 、 -261 和 -264 的合成策略。 PAF-260 、 -261 和 -264 的红外光谱 (b) 和 ¹³ C 固体核磁共振光谱 (c) 。 (d) 195 K 时 PAF-260 、 -261 和 -264 的 CO ₂ 吸附 - 脱附等温线。

PAFs 中硫官能团的存在使 Pt 被均匀地锚定在材料中，获得了独特的电极结构 Pt@PAF-m/NF 。扫描电镜显示 PAF 膜表面分布着尺寸均匀的 Pt 纳米粒子。从 UV-vis 光谱中可以得知，合成的三种 PAFs 位于有机半导体范围内（禁带宽度为 2.49 ～ 2.73 eV ），负载 Pt 后禁带宽度进一步降低至 2.03 ～ 2.07 eV 。 XPS 结果表明 Pt@PAF-m/NF 膜电极中 Pt 的价态为 0 价和 +2 价两种。

图 3. (a) PAF 膜电极的制备流程。 Pt@PAF-260-m/NF (b) 、 Pt@PAF-261-m/NF (c) 和 Pt@PAF-264-m/NF (d) 的 SEM 图像和 EDX 元素分布图。 (e) PAF-260 、 PAF-261 、 PAF-264 、 Pt@PAF-260 、 Pt@PAF-261 和