中科院在水電解製氫低/非Pt催化劑研究上取得新進展

根據中國科學院消息
，缺乏取代Pt基與低Ptxinggaoxingjiabixiqingcuihuajishijishinianlaikunraoshuidianjiezhiqingdeshangyehuayingyongdezhuyaoyinsu。dianjieshuizhiqingshishixiangongyehualianjiazhibeiqingqidezhongyaoshouduan。dianjieshuiguochengbaohanxiqinghexiyanglianggebanfanying，qizhongyouyuxiyangfanyingguochengzaidonglixueshangdekunnanxingchengweiledianjieshuizhiqingdepingjing。muqianshangyongdexiyangcuihuajizhuyaoweiIrO2和RuO2等(deng)貴(gui)金(jin)屬(shu)，其(qi)高(gao)昂(ang)的(de)價(jia)格(ge)和(he)稀(xi)有(you)的(de)儲(chu)量(liang)製(zhi)約(yue)了(le)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)的(de)發(fa)展(zhan)，尋(xun)找(zhao)價(jia)格(ge)低(di)廉(lian)和(he)儲(chu)量(liang)豐(feng)富(fu)的(de)非(fei)貴(gui)金(jin)屬(shu)催(cui)化(hua)劑(ji)成(cheng)為(wei)近(jin)年(nian)來(lai)研(yan)究(jiu)的(de)熱(re)點(dian)。目(mu)前(qian)的(de)難(nan)點(dian)在(zai)於(yu)：quefatongshijiejuecuihuajibenzhenghuoxing
，huoxingweidianmidu，daodianxinghewendingxingwentidecelve。zhiyoudangdianzidaodianxing，huoxingweidianmidu
，benzhenghuoxinghewendingxingwentitongshidedaojiejueshi，di/非Pt催化劑才能實現在HER催化上的真正應用。

近日

，中國科學院長春應用邢巍研究員課題組，聯合上海光源和東南大學對MoS2析氫體係進行了聯合攻關，開創了自發界麵氧化還原摻雜法


，以低量的鈀原子活化二硫化鉬（MoS2）惰性表麵，最終獲得了兼具低成本
、高效率的穩定HER催化材料。Pd在摻雜後取代Mo位
，同時引入了硫空位並誘導MoS2相變
，進而生成穩定的1T結構。

Pd自發摻雜MoS2的機製探索

理論計算表明，位於鈀位點旁邊的硫原子，表現出了低的氫吸附能（ΔGH=-0.02eV）。最終隻摻雜1wt％鈀的MoS2
，表現出超低的析氫過電位（10mA·cm-2對應的過電位僅78mV）和高的交換電流密度（805μA·cm-2）
，同時還具有良好的穩定性，使其具有替代商業Pt/C的可能。目前
，該催化劑具有文獻報道的雜原子摻雜的MoS2基材料中最高HER性能。該進展發表在Nature Communications上，Chemically activating MoS2 via spontaneous atomic palladium interfacial doping towards efficient hydrogen evolution（Nature Communications，2018
，1
，9，2120 ）

合成出的超低載量Pt催化劑的結構與性能

在低Pt催化劑方麵，該課題組在近期研究了表麵Pt富集的PtRu納米粒子，其中PtRu部分嵌入碳球表層形成高效的析氫催化劑。利用聚合反應，通過優化前軀體的加入時間（6h最佳）得到了部分鑲嵌到酚醛樹脂碳球中的PtRu合金（PtRu@RFCS-6h）
，在高溫還原氣氛下PtRu合金表麵上優先析出Pt

，形成粒徑較小的Pt納米團簇，這種催化劑在保證結構穩定的前提下提供了大量的Pt催化活性位。實驗表明，在0.5MH2SO4體係中PtRu@RFCS-6h催化劑HER過電位（19.7mV和43.1mV分別在10和100mA·cm-2電流密度下）、TOF（4.03H2s-1）

、Tafel斜率（27.2mVdec-1）以及穩定性等性能均優於商用Pt/C催化劑。分析結果表明，PtRu合金表麵富集的痕量Pt納米團簇能夠有效地降低H的吸附能並利於水合質子的解離。此外，催化劑的製備工藝簡單
，貴金屬Pt的負載量比商用Pt/C催化劑少99.9%

，成本隻有商用Pt/C催化劑的2%
，為替代商用Pt/C提供了可能。該項成果發表在Energy& Environmental Science
，題目為Enhanced electrocatalytic performance for hydrogen evolution reaction through surface enrichment of platinum nanocluster alloying with ruthenium in-situ embedded in carbon（Energy &Environmental Science
，2018，5, 11,1232-1239 ）