Small Methods:纳米和亚纳米非贵金属析氢催化剂的研究进展

电解水制氢可以直接将电能转换为化学能,代表了一种洁净、高效的能源转换和存贮技术。析氢催化剂是决定该技术中,能源转换效率的一个关键因素。铂基材料是已知活性最高的析氢催化剂,但是这类材料价格高昂,储量稀缺,严重限制了电解水制氢技术的规模化应用。因此,发展廉价、能替代铂的非贵金属催化剂,是一直以来存在的一个核心问题。近年来,国际上对非贵金属析氢催化剂的研究十分活跃,目前已经取得了多项突破性成果,尤其是在纳米尺度下,发现了金属硫化物,磷化物和碳化物等结构都具有很高的析氢活性,并且活性与纳米结构的尺寸和形貌密切相关;而在亚纳米尺度下,分子团簇或者金属单原子,由于其特殊的几何结构和电子性质,甚至表现出了比纳米结构更高的析氢活性。

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针对以上突破性的研究成果,新加坡南洋理工大学的王昕教授课题组与张华教授课题组合作,系统地总结了当前纳米和亚纳米非贵金属析氢催化剂的研究进展。其中,重点阐述了三个典型的非贵金属催化结构,包括(1)纳米硫化钼/磷化钴;(2)钼硫分子团簇;(3)石墨碳分散的金属单原子/单分子。该文概述了这三种催化结构的制备方法,并详细地比较了它们对析氢反应的响应电流大小,过电位,比活性以及催化稳定性等基本参数。通过分析催化剂的结构与活性之间的关系,最终提出了降低催化剂的尺寸以提高催化剂上活性位点的利用率,将是今后进一步发展高性能非贵金属析氢催化剂的关键步骤。相关文章在线发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700118)上。

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