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吉林大学科研团队研制出可替代铂的Co单原子析氢催化剂

作者:中国储能网新闻中心 来源:吉林大学 发布时间:2019-11-25 浏览:
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近日,吉林大学材料科学与工程学院崔小强教授、郑伟涛教授领导的科研团队在析氢催化剂研究中取得重要进展,于11月19日在《自然-通讯》上发表了题为《Single-atom cobalt array bound to distorted 1T MoS2 with ensemble effect for hydrogen evolution catalysis》的研究成果,引起国内外关注。该论文第一作者为吉林大学材料科学与工程学院博士研究生祁琨,崔小强教授、郭少军教授(北京大学)、郑伟涛教授为共同通讯作者。

图片摘自Nature Communications 10, 5231 (2019)

氢能作为一种零排放可再生能源越来越受到广泛关注,电解水因其高效能量转换而成为制氢最有效途径之一,铂(Pt)是性能最佳的析氢反应(HER)催化剂。然而,由于Pt的高成本和有限储量限制了其大规模应用,急需开发可靠、高效、廉价的HER催化剂替代Pt,单原子催化剂提供了机遇。当金属活性中心分散到单原子尺度时,急剧增大的表面自由能、量子尺寸效应、不饱和配位环境和金属⁃载体的相互作用等特性将赋予单原子催化剂新奇性能。单原子催化剂最大挑战为其低金属原子负载密度,不可控团聚及金属原子与载体间模糊相互作用关系,从而难以有效增强其催化性能。

该工作报导了一种新型单原子催化剂制备策略(assembly/leaching):先把钴(Co)纳米盘组装到二维二硫化钼(MoS2)上再浸出,获得了在扭曲金属相(1T)二硫化钼上高负载量金属钴单原子阵列 (SA Co-D 1T MoS2)。在Co ND-MoS2纳米复合材料中,晶格失配导致的应变和在Co与MoS2间形成Co-S共价键是实现MoS2从半导体2H相向畸变的金属1T(D-1T)相转变的关键。

图片摘自Nature Communications 10, 5231 (2019)

SA Co-D 1T MoS2在酸性电解液中具有类Pt的HER活性,过电位仅为42 mV,Tafel斜率低至32 mVdec-1,且具有优异的电化学循环稳定性。其超高的活性源于单Co原子位点与在畸变MoS2的1T相的S位点,其间的协同作用使得SA Co-D 1T MoS2催化剂具有优异的HER活性。

这一研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金面上基金、吉林大学高层次科技创新团队和吉林省长白山学者特聘教授等项目资助。该工作由吉林大学科研团队与北京大学骆明川博士、郭少军教授,北京中科院物理所张庆华博士、谷林研究员,北京中科院高压物理所郑黎荣研究员,上海中科院应用物理研究所马静远研究员,美国布鲁克海文国家实验室刘萍教授共同合作完成。

关键字:氢能 氢催化剂

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