新型多孔钼基纳米复合电化学析氢催化剂的研制

anie氢气是一种绿色的可替代化石燃料的高效清洁能源,规模化、低成本的制备和存储氢气具有重要的研究意义。其中,电解水制氢是高效且环境友好的制氢方法。然而,电解水制氢所需的铂基催化剂价格昂贵,生产成本高,限制了该技术的工业化生产。因此,研究和构筑高效、生产成本低的非贵金属电催化剂,减小过电势,是提高析氢反应催化效率的关键。近年来,科研工作者们报道了大量的非贵金属以及非金属析氢电催化剂,并取得了重要的突破。其中过渡金属的硫化物、碳化物等材料析氢反应电催化性能尤为显著,但大部分材料制作工艺复杂,成本高,产量低,难以工业化。因此,寻找简单高效的电催化剂是该领域的研究热点之一。

最近,南京师范大学兰亚乾教授课题组与中国科学技术大学俞书宏教授研究组合作,利用多酸基金属-有机骨架/石墨烯复合材料作为前驱物,通过一步高温煅烧直接得到了磷掺杂的多孔碳包覆的二氧化钼和还原石墨烯复合材料(MoO2@PC-RGO)。多酸基金属-有机框架材料兼具金属-有机骨架化合物和多酸的优点。金属-有机骨架材料提供规则排列的有机碳,多酸提供普通金属-有机骨架材料很少含有的钼源。此外,多酸均匀地排列在金属-有机骨架的孔道中,有机配体的支撑和隔离可以有效避免在高温煅烧时金属纳米粒子的团聚,易于制备均匀的小尺寸纳米材料。有效提高了电催化剂的活性和稳定性。因此,MoO2@PC-RGO用作析氢反应的电催化剂,表现出与铂基催化剂相近的催化性质,是目前已报道的析氢性能最优异的非贵金属催化剂之一。这种材料易大量合成且制备成本低,有望为设计合成新型高性能电化学析氢催化剂提供新的途径。相关工作近日以Hot Paper发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 12928-12932)