電催化析氫材料研究領域最新進展

據北京時間網站消息：近日，商丘師範學院化學化工學院的王科峰博士在材料領域綜合性權威期刊《Small》(SCI一區，影響因子9.598)上發表題為“Crystalline Ru0.33Se nanoparticles-decorated TiO₂nanotube arrays for enhanced hydrogen evolution reaction” (Small, 2018, doi: 10.1002/smll.201802132)的最新研究論文。該論文以商丘師範學院為第一作者單位，化學化工學院的瞿鵬教授為通訊作者，2016級新能源科學與工程專業的本科生王鬆珠也參與了論文的部分實驗工作。

目前，析氫反應(HER)最(zui)高(gao)效(xiao)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)依(yi)舊(jiu)為(wei)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)
，但(dan)高(gao)昂(ang)的(de)價(jia)格(ge)及(ji)相(xiang)對(dui)短(duan)缺(que)的(de)資(zi)源(yuan)儲(chu)量(liang)
，極(ji)大(da)地(di)限(xian)製(zhi)了(le)該(gai)催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)大(da)規(gui)模(mo)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。雖(sui)然(ran)非(fei)貴(gui)金(jin)屬(shu)化(hua)合(he)物(wu)被(bei)廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)電(dian)催(cui)化(hua)析(xi)氫(qing)反(fan)應(ying)且(qie)表(biao)現(xian)出(chu)優(you)異(yi)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)
，但(dan)是(shi)這(zhe)些(xie)非(fei)貴(gui)金(jin)屬(shu)類(lei)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)性(xing)能(neng)或(huo)耐久仍然低於貴金屬類催化劑。雖然釕也是貴金屬的一種，但其價格僅為鉑的1/25，並且金屬釕還可以高效地促進水的解離過程
，因此采用極少的釕用量可以有助於獲得高活性的電催化劑。本文作者以TiO2納米管的陣列(TNA)為載體，通過簡單的水熱反應來沉積Ru0.33Se納米粒子，最終得到Ru0.33Se@TNA複合體係，TiO2納米管具有較大的比表麵積和特定的電荷傳輸通道
，因此Ru0.33Se納米粒子負載於TiO2納米管陣列上，可以有效的抑製納米粒子間的團聚從而暴露更多的活性位點，進而降低電荷傳輸阻力
，提高材料的電催化活性。Ru0.33Se@TNA作為析氫電極，在堿性介質中可以表現出優異的電催化活性。在電流密度達到10 mA cm-2時
，所需的過電勢僅為57 mV，這一過電勢明顯小於已在文獻中報道的過渡金屬化合物析氫電催化劑。同時該複合電催化劑還具有良好的穩定性，在電流密度為10 mA cm-2的條件下
，進行連續電催化析氫反應
，複合催化劑能夠穩定運行10 h以(yi)上(shang)。作(zuo)者(zhe)的(de)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)
，在(zai)保(bao)證(zheng)高(gao)析(xi)氫(qing)活(huo)性(xing)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)貴(gui)金(jin)屬(shu)用(yong)量(liang)，該(gai)研(yan)究(jiu)可(ke)作(zuo)為(wei)設(she)計(ji)廉(lian)價(jia)高(gao)效(xiao)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)一(yi)種(zhong)新(xin)策(ce)略(lve)，從(cong)而(er)為(wei)新(xin)型(xing)高(gao)效(xiao)電(dian)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)的(de)開(kai)發(fa)研(yan)製(zhi)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的(de)思(si)路(lu)。全(quan)文(wen)鏈(lian)接(jie)如(ru)下(xia):https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201802132。

本研究工作受到商丘師範學院博士啟動經費、henanshengjiaoyutinggaodengxuexiaozhongdiankeyanxiangmudezizhu。huaxuehuagongxueyuanyijishengwufenzishibieyuchuanganhenanshengzhongdianshiyanshiweibenketidekaizhantigongleshebeihezijinzhichi。