Small Methods: 梅开二度 — 碳载Rh2S3用于全pH范围内的水合肼辅助产氢

因能量密度高且燃烧产物无污染,氢气作为下一代清洁能源受到了学术界的广泛关注。目前,电催化全分解水制氢被广泛认为是有潜力的制氢技术。尽管如此,作为电解水产氢过程中重要的半反应之一,析氧反应因其过高的电极反应电势以及缓慢的反应动力学导致整个电解水过程能耗大、效率低。因此,加速阳极反应的速率并降低其过电势是实现电解水制氢技术商业化的关键。

近日,云南大学胡广志教授与天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院刘熙俊副研究员(共同通讯)和何佳副研究员(共同通讯)通力合作,进一步优化了Rh2S3催化剂的合成工艺与适用范围,使其从之前单一的碱性析氢催化剂转变为针对析氢反应和水合肼氧化反应的双功能电催化剂。首次建立了全pH值范围内的水合肼辅助产氢体系,其催化性能超越了商业Pt/C催化剂。

理论计算发现,负载在氮掺杂碳表面的Rh2S3中的Rh原子可有效降低析氢反应的*H吸附和水合肼氧化过程*NHNH的脱氢步骤能垒,且S原子的存在可以加快电子传输和转移。该协同效应使得该催化剂可作为双功能催化剂在碱性、中性和酸性电解液中实现高效氢析出和水合肼氧化。尤其在碱性条件下,该体系仅需0.393 V电压就可达到100 mA cm−2的电流密度,相比于氧析出反应的全分解水体系可节能约93.3%。本研究不仅报道了一种性能优异的产氢催化剂,而且拓宽了水合肼辅助产氢体系的应用环境,为进一步降低制氢成本提供了新方法与新路径。

相关研究成果以“Rh2S3/NC-Doped Carbon Hybrids as pH-Universal Bifunctional Electrocatalysts for Energy-Saving Hydrogen Evolution”为题,发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.202000208)。其中,天津理工大学硕士研究生张超雄、刘昊轩和深圳大学刘亦帆博士为该论文并列第一作者。