中國科大碳基材料電催化析氫研究取得進展

據中國科學院報道：近年來，電解水製氫受到學術界廣泛關注，尋找廉價高效的非鉑電催化劑成為時下研究熱點。作為當下“明星材料”的石墨烯具有導電性好

、耐nai腐fu蝕shi等deng優you點dian，科ke研yan人ren員yuan致zhi力li於yu將jiang其qi開kai發fa為wei高gao活huo性xing酸suan性xing析xi氫qing電dian催cui化hua劑ji，然ran而er很hen多duo碳tan基ji催cui化hua劑ji的de活huo性xing與yu貴gui金jin屬shu相xiang比bi有you很hen大da差cha距ju
，如ru何he將jiang石shi墨mo烯xi碳tan基ji材cai料liao開kai發fa成cheng高gao活huo性xing電dian催cui化hua劑ji是shi熱re點dian課ke題ti。近jin日ri，中zhong國guo科ke學xue技ji術shu大da學xue合he肥fei微wei尺chi度du物wu質zhi科ke學xue國guo家jia研yan究jiu中zhong心xin和he化hua學xue與yu材cai料liao科ke學xue學xue院yuan材cai料liao係xi教jiao授shou陳chen乾qian旺wang課ke題ti組zu，以yi貴gui金jin屬shu銥yi摻chan雜za的de金jin屬shu有you機ji框kuang架jia材cai料liao作zuo為wei前qian驅qu體ti，一yi步bu煆duan燒shao製zhi備bei了le氮dan摻chan雜za的de類lei石shi墨mo烯xi層ceng包bao裹guo銥yi鈷gu合he金jin核he殼ke結jie構gou材cai料liao
，在zai酸suan性xing電dian解jie質zhi析xi氫qing反fan應ying中zhong表biao現xian出chu高gao活huo性xing和he高gao穩wen定ding性xing，相xiang關guan研yan究jiu成cheng果guo發fa表biao在zai《先進材料》上。

銥鈷合金可向表麵活性位點轉移電子，銥鈷合金表麵包覆的氮摻雜的石墨烯層類似“鎧甲”，利於防止合金內核被酸腐蝕。作為酸性析氫電催化劑（其中銥的含量僅為1.56wt.%），其塔菲爾斜率僅為23mV/dec，達到10mA/cm2電流密度時其過電位僅為24mV，顯示出與商用的20%Pt/C電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)可(ke)比(bi)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)析(xi)氫(qing)性(xing)能(neng)。密(mi)度(du)泛(fan)函(han)理(li)論(lun)模(mo)擬(ni)計(ji)算(suan)發(fa)現(xian)
，氮(dan)摻(chan)雜(za)原(yuan)子(zi)近(jin)鄰(lin)的(de)碳(tan)原(yuan)子(zi)是(shi)電(dian)催(cui)化(hua)反(fan)應(ying)的(de)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)，銥(yi)的(de)引(yin)入(ru)促(cu)進(jin)了(le)電(dian)子(zi)向(xiang)類(lei)石(shi)墨(mo)烯(xi)層(ceng)表(biao)麵(mian)遷(qian)移(yi)
，降(jiang)低(di)了(le)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)的(de)氫(qing)吸(xi)附(fu)自(zi)由(you)能(neng)。材(cai)料(liao)的(de)表(biao)麵(mian)結(jie)構(gou)表(biao)征(zheng)和(he)元(yuan)素(su)成(cheng)分(fen)成(cheng)像(xiang)分(fen)析(xi)等(deng)
，揭(jie)示(shi)了(le)氮(dan)元(yuan)素(su)摻(chan)雜(za)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)以(yi)及(ji)銥(yi)元(yuan)素(su)在(zai)合(he)金(jin)內(nei)核(he)表(biao)麵(mian)的(de)富(fu)集(ji)有(you)利(li)於(yu)催(cui)化(hua)劑(ji)性(xing)能(neng)的(de)提(ti)升(sheng)。該(gai)工(gong)作(zuo)為(wei)今(jin)後(hou)尋(xun)找(zhao)更(geng)為(wei)廉(lian)價(jia)、高效的電催化析氫催化劑提供了新思路。

研究工作得到了國家自然科學基金委
、中科院和教育部中央高校基本科研業務費等的支持。