銅鈷基莫特-肖特基電催化劑用於高效水解製氫

據Material Views網站消息：作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)清(qing)潔(jie)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)，氫(qing)氣(qi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)熱(re)轉(zhuan)換(huan)或(huo)者(zhe)由(you)電(dian)能(neng)和(he)光(guang)能(neng)催(cui)化(hua)的(de)水(shui)分(fen)解(jie)反(fan)應(ying)進(jin)行(xing)製(zhi)備(bei)。其(qi)中(zhong)，電(dian)催(cui)化(hua)分(fen)解(jie)水(shui)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)一(yi)種(zhong)高(gao)效(xiao)，環(huan)境(jing)友(you)好(hao)型(xing)的(de)製(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)，具(ju)有(you)廣(guang)闊(kuo)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。電(dian)催(cui)化(hua)分(fen)解(jie)水(shui)反(fan)應(ying)可(ke)分(fen)為(wei)析(xi)氫(qing)（HER）和析氧（OER）兩個半反應。現今
，鉑(Pt）
、釕（Ru）和銥（Ir）等(deng)貴(gui)金(jin)屬(shu)組(zu)成(cheng)的(de)析(xi)氫(qing)和(he)析(xi)氧(yang)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)現(xian)出(chu)優(you)異(yi)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)性(xing)能(neng)
，但(dan)是(shi)因(yin)為(wei)它(ta)們(men)昂(ang)貴(gui)的(de)價(jia)格(ge)和(he)稀(xi)有(you)性(xing)所(suo)以(yi)難(nan)以(yi)實(shi)現(xian)工(gong)業(ye)化(hua)大(da)規(gui)模(mo)應(ying)用(yong)。因(yin)此(ci)
，全(quan)世(shi)界(jie)的(de)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)對(dui)高(gao)效(xiao)穩(wen)定(ding)的(de)基(ji)於(yu)價(jia)格(ge)低(di)廉(lian)、chuliangfengfudeguodujinshujidiancuihuajijinxingledaliangdeyanjiu。eryanfanengzaitongyitixizhongtongshijinxinggaoxiaodexiqinghexiyangfanyingdequanfenjieshuidiancuihuajikeyijiangdicailiaozhibeichengben，jianhuafanyingtixi
，congerjidadijiangdishengchanchengben，juyougengjiaguangkuodeyingyongqianjing。

目前
，純金屬單質不具備良好的催化析氧性能，而由金屬氧化物組成的半導體材料如Co3O4，CuCo2O4等往往受導電性限製不能夠進行高效的電催化析氫反應。而已有文獻報道由金屬和半導體耦合組成的電催化劑如Co/Co3O4、Ni/NiO等表現出優異的電催化性能。所以構築由金屬和半導體材料結合的莫特-肖特基電催化劑可作為一種新的策略來製備高效的全分解水催化劑。此外，由於氮摻雜的碳的優良導電性，構築氮摻雜的碳/金屬/半導體的複合材料可以進一步提高莫特-肖特基電催化劑的性能。

近日，大連理工大學精細化工國家重點實驗室的侯軍剛教授、孫立成教授開發了一種高效穩定的銅鈷基莫特-肖特基電催化劑。通過氫化和氮摻雜的碳層包覆構築了由氮摻雜碳（NC），銅鈷合金（CuCo）和缺陷態銅鈷半導體（CuCoOx）複合形成的核殼納米線陣列進行高效的全分解水反應。該NC/CuCo/CuCoOx核殼陣列在1M KOH溶液中均表現出了優異的電催化析氧和析氫性能，僅需要190 mV過電勢達到10 mA cm-2的析氧電流以及112 mV過電勢達到10 mA cm-2的析氫電流。更重要的是，將這種複合體陣列電極分別作為陽極和陰極進行全分解水反應時，僅需1.53V的電壓便能夠達到10 mA cm-2的電流密度並能在高電流密度下穩定工作100小時。其電催化性能和穩定性均遠優於Pt/C-IrO2組成的貴金屬全分解水電極體係。這種核殼陣列的優異性能歸因於（1）三維等級孔陣列能夠提供更大的電化學活性麵積，大量的活性位點以及快速的氣體釋放；（2）通過在缺陷態CuCoOx納米線上原位生成CuCo納米合金構築金屬-半導體組成的莫特-肖特基電催化劑
，極大提高了導電性以及加快了電荷傳輸特性；（3）氮摻雜的碳促進了反應中間體的吸附
，並通過重新分布電子密度結構為半導體，金屬和碳層間的電子傳遞構築了快速通道。

相關論文在線發表在期刊Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201704447）。