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。