近日，鄭州大學(xué)劉玉山副教授研究團(tuán)隊(duì)利用界面固相反應(yīng)法合成高效析氫鉬基電催化劑，實(shí)現(xiàn)了金屬釕活性中心與缺陷定域化生成。該催化劑的出現(xiàn)有望解決目前電解水制氫技術(shù)低效率的不足。
氫能作為一種綠色能源，特別符合碳中和的發(fā)展理念。然而，由于缺乏高效穩(wěn)定的催化劑，電解水制氫技術(shù)發(fā)展一直受限。單一種類的催化活性位點(diǎn)大多具有活性低以及穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)多組份高協(xié)同效應(yīng)活性位點(diǎn)是提高催化劑催化活性的重要手段。
因此，鄭州大學(xué)研究者通過(guò)一種界面固相反應(yīng)策略，將氧空位和金屬中心單質(zhì)引入到二維鉬基催化劑中進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的電催化析氫性能。
對(duì)于大多數(shù)鉬基電催化劑來(lái)說(shuō)，析氫反應(yīng)的活性多取決于其自身的結(jié)構(gòu)缺陷或者外在的過(guò)渡金屬中心。基于前期雙活性中心催化劑的研究，以及受古代秘色瓷燒制工藝的啟發(fā)，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)兩步法構(gòu)建雙活性中心催化劑思路到一步固相界面反應(yīng)路線的突破。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)在氬氣氣氛和合適的溫度下克服動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘時(shí)，固相界面反應(yīng)是發(fā)生在二硫化鉬前體和二氧化釕納米顆粒之間的界面處，二氧化釕和二硫化鉬的相鄰部分被原位轉(zhuǎn)化為釕單質(zhì)和二氧化鉬，得到了在二氧化鉬平面上含有大量活性位點(diǎn)釕和氧空位的二氧化鉬的復(fù)合體系。
研究表明，在堿性介質(zhì)中，該催化劑僅需要12mV的過(guò)電位，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)全pH范圍內(nèi)高效析氫，這也說(shuō)明了其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和催化性能。另外，在氨硼烷（AB）水解中，新型鉬基催化劑也能表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。該研究成果已發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Adv. Energy Mater 上。
