Advanced Materials:单层二硫化钼纳米片助力光催化甲醇裂解制氢

与其它能源相比,氢能具有无与伦比的优势:氢气燃烧的产物是水,是世界上最清洁的能源;氢气燃烧热值高,燃烧同等质量的氢气产生的热量约是汽油的3倍,酒精的4倍,焦炭的4.5倍;此外,氢气可以由地球表面上最丰富的资源–水来制取。因此,人类把氢能视为21世纪最具潜力的清洁能源。

甲醇分解制氢是一类常用的制氢方法,以铜基体系等为代表的催化剂,对甲醇分解显示出较好的活性和选择性,可以在高温下将甲醇快速分解,产生氢气和一氧化碳。上述催化反应通过需要在高温或高压下进行,其安全性不容乐观,能耗高,并且反应过程中产生的一氧化碳容易使燃料电池的铂电极严重中毒,从而限制了其广泛应用。

日前,澳大利亚科廷大学分子与生命学院的夹国华课题组与澳大利亚国立大学殷宗友以及英国伦敦大学学院李云国等课题组合作,开发了一种新的单层二硫化钼催化剂,在常温、常压、太阳光辐照下,获得较高的产氢效率。相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201905540)上,并于当期Inside Back Cover 做重点介绍。

该研究开发的堆叠阻碍策略,不仅可以选择性地开启过渡金属二卤化物所独有的单层生长模式,而且还可以保留夹在表面活性剂分子中间的过渡金属二卤化物的光氧化还原活性。单一前驱体热分解产生的氨气和硫化氢等气体分子对二硫化钼纳米片表面具有很强的吸附作用,该作用弱化了二硫化钼层与层之间的作用力,从而可以实现二硫化钼纳米片的单层生长。以单层二硫化钼纳米片为催化剂,在常温、常压、太阳光辐照下,可以实现甲醇裂解制氢而不产生一氧化碳等副产物,产氢速率可达≈617 µmole g−1 h−1,并且单层二硫化钼且具有优良的光氧化还原稳定性。该研究为在常温常压下实现太阳光裂解液体甲醇制氢提供了可行的途径。