Advanced Materials:2D过渡金属硫族化合物电催化材料的研究进展和展望

氢能由于其高发热量、环境友好等优势,被认为是取代化石能源的最佳能源载体之一。氢能的制备方式多种多样,其中电解水方法制氢得到的产物纯度最高且制备条件较为温和。但是实际应用中,由于电极表面发生反应时需要克服较高的能垒,导致所需电位远超电解水的理论电位(1.23V)。因此,需要在电极表面负载适当的催化剂,从而降低能源消耗,同时提高反应效率。在近些年的研究中发现,二维过渡金属二硫化物(2D TMDs)由于其具有较高的比表面积、独特的电子结构、丰富的调控手段,使其成为具有较大应用潜力的非贵金属催化剂之一,同时有关2D TMDs在电催化领域的研究也逐渐成为目前热点领域。

近日,哈尔滨工业大学韩杰才院士课题组的宋波教授等人,对近年来有关2D TMDs电催化剂的研究进展进行了综述,结合本课题组的研究成果,系统性地总结了有关2D TMDs材料的制备方法,及其电催化析氢(HER)性能的调控策略,并对目前有关2D TMDs研究中可能存在的问题和进一步的研究方向进行了展望。

文章首先介绍了2D TMDs的常见制备方法:主要包括自上而下的锂化剥离方法和自下而上的水热、CVD等方法,并对各种制备手段的优缺点和适用范围进行了概括和总结。接下来,文章归纳了五种在提升2D TMDs电催化剂性能方面常用的策略,包括增加活性位点、元素掺杂、构筑异质结、相工程以及协同调控。文章着重强调了多因素协同调控在提升2D TMDs催化剂性能上所起到的独特作用,认为多因素调控的效果要远高于单一因素调控。最后,作者对2D TMDs类型电催化剂在电解水制氢领域所面临的问题进行了讨论,并给出了一些未来可能的发展方向。相关论文“2D Transition Metal Dichalcogenides: Design, Modulation, and Challenges in Electrocatalysis” 发表在Advanced Materials上 (DOI: 10.1002/adma.201907818)。