Small Methods:Mo基干凝胶碳纳米笼中高度分散的Mo₂C纳米点高效析氢

电解水制氢有望实现氢燃料电池的大规模应用。然而,要实现这一技术,开发价格低廉、贵金属含量低且具有高析氢(HER)性能的电催化剂至关重要。过渡金属Mo2C由于其具有与铂类似的电子结构,在催化领域显示了潜在的应用价值,近年来作为非贵金属电催化剂的研究备受关注。然而,如何在纳米尺度上合成具有高催化活性的Mo2C纳米催化剂仍然是一个巨大的挑战。此外,在制备碳化钼的高温碳化过程中,纳米颗粒极易团聚,研究者已经做出努力来解决这一问题。因此,开发一种简单高效、可防止Mo2C纳米颗粒高温聚集的制备方法对于其在电解水制氢中的应用意义重大。

针对上述问题,太原理工大学杜建平教授,武汉理工大学麦立强教授和新泽西州立大学 Asefa教授报道了采用简单的溶胶-凝胶法制备了具有体积膨胀且结构蓬松的钼基干凝胶前驱体,实现了在高温碳化过程中碳化钼纳米颗粒的高度分散,得到具有电催化活性的碳纳米笼分散碳化钼的纳米材料(Mo2C/C)。

在该项研究中,通过设计简单的合成策略,以钼盐和酒石酸为原料制备得到钼基干凝胶前驱体,在热解过程中,蓬松的干凝胶转变为三维纳米笼状结构,Mo原子原位转变为尺寸小于5 nm的超细Mo2C纳米颗粒,在碳纳米笼中生成了稳定、分散良好的Mo2C纳米点。结果表明,这些材料在碱性和酸性溶液中都能很好地电催化析氢反应(HER),同时保持出色的稳定性。此外,研究发现材料中Mo(或Mo2C)的量和热解温度对材料的HER电催化活性具有重要影响。特别是在900 °C下制备的Mo含量适中的Mo2C/C-0.5(或Mo2C/C-900)材料,在碱性和酸性溶液中都表现出了优异的活性和较高的稳定性。

该合成策略不仅有利于合成分散良好的Mo2C纳米点,避免高温碳化使颗粒团聚,而且方法简单。此外,该合成路线可以很容易地扩展到通过合成其他干凝胶以制备其他高分散的纳米点或可替代铂等非贵金属电催化剂用于可再生能源器件的应用。

论文信息:

Highly Dispersed Mo2C Nanodots in Carbon Nanocages Derived from Mo-Based Xerogel: Efficient Electrocatalysts for Hydrogen Evolution

Qianqian Du, Ruihua Zhao, Tianyu Guo, Lu Liu, Xiaojun Chen, Jie Zhang, Jianping Du*, Jinping Li, Liqiang Mai*, Tewodros Asefa*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202100334

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202100334