Carbon Energy: 优化界面电子耦合相互作用开发高效水分解反应析氢电催化剂

氢气是一种理想的清洁能源,具有能量密度高、储量丰富和燃烧产物无污染等特性。电解水是重要的制氢方法之一,其效率的关键在于高效和低成本的电催化剂。目前,铂族贵金属及其合金是最有效的析氢电催化剂,但其高昂的成本、低储量及其易毒化等严重阻碍了其大规模的应用。因此,开发廉价、高催化活性和高稳定性的析氢催化剂是当前电解水领域研究的热点之一。 

聚苯胺(PANI)因其优异的化学耐久性,高导电性,反应物的强吸附能力以及快速的氧化还原特性来储存电荷而被认为是一种很有前途的电催化反应和超级电容器材料。然而PANI由于其非常强的氢吸附,不能直接用作析氢电催化剂。

近日,新加坡南洋理工大学化学与生物医药工程学院王昕(Xin Wang)教授团队使用基于不同金属氧化物(如WO3, W18O49和MoO3)和聚苯胺(PANI)之间的界面d-π电子耦合相互作用,有效地调控了界面电子结构和中间体*H在聚苯胺的N位点的吸附强度(ΔGH*)。

研究者发现当WO3与PANI相互作用时,能够有效地优化ΔGH*接近最优值0,因此得到的WO3/PANI复合催化剂表现出了优异的电催化析氢性能,在10mA cm-2 下表现出最低的过电位(74mV)。该策略具有通用性,使用MoO3与PANI相互作用,也能表现出可观的催化活性。该项研究不仅开发了一种高效酸性析氢催化剂,也为合理的设计和合成有效的电催化剂、理解电催化剂的结构-性能相互关系规律提供了思路。 

相关论文在线发表在Carbon Energy (DOI: 10.1002/cey2.3),新加坡南洋理工大学化学与生物医药工程学院博士后黄振峰为论文第一作者,王昕教授为论文通讯作者。