原創(chuàng) 2018-03-23 MaterialsViews
氫能是一種可再生的理想能源載體，開發(fā)大規(guī)模、廉價(jià)、清潔、高效的制氫技術(shù)是新能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。其中，電化學(xué)析氫反應(yīng)（HER）由于環(huán)境友好、產(chǎn)氫效率高及所純度高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的產(chǎn)氫技術(shù)之一。目前最好的HER催化劑為Pt等貴金屬催化劑，其不僅價(jià)格昂貴，而且穩(wěn)定性也亟待提高。因此，發(fā)展非貴金屬高效析氫催化劑備受人們關(guān)注。由于碳化鉬（MoC）具有類Pt的d帶電子結(jié)構(gòu)，因而碳化鉬被認(rèn)為是一種非常具發(fā)展前景可替代Pt貴金屬的HER催化劑。然而，碳化鉬的制備通常需要在高溫下進(jìn)行，此時(shí)碳化鉬納米晶易發(fā)生團(tuán)聚，大大降低了碳化鉬的活性位點(diǎn)數(shù)量。如果能將碳化鉬納米晶的尺寸限制在幾納米范圍內(nèi)，甚至2nm以下，可以大幅增加活性位點(diǎn)數(shù)量，從而有效改善碳化鉬的催化活性。
近期，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室木士春研究組與新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程系 John Wang研究組合作報(bào)道了利用凝膠SiO2微球作為限域模板制備超細(xì)碳化鉬納米晶并作為廣泛pH高效析氫催化劑的研究工作。利用尺寸均一的SiO2微球凝膠作為限域模板，金屬源鉬酸銨及碳源葡萄糖作為客體，經(jīng)過水熱及高溫碳化成功原位制備了碳納米泡沫負(fù)載超細(xì)碳化鉬納米晶（平均尺寸低于2nm）。將該材料用作HER催化劑，在10 mA cm-2電流密度下，當(dāng)pH=0，7，14時(shí)，過電位分別為184，174及185mV，Tafel斜率分別為71，105及126mV decade-1。而且，在酸性下，催化劑的交換電流密度遠(yuǎn)高于未經(jīng)SiO2限域合成的碳化鉬納米晶，并優(yōu)于大多數(shù)目前報(bào)道的Mo基催化劑。同時(shí)，該催化劑在廣泛pH下表現(xiàn)了優(yōu)異的抗團(tuán)聚性能及電化學(xué)穩(wěn)定性。
相關(guān)研究成果已發(fā)表于Small Methods（DOI10.1002/smtd.201700396），第一作者寇宗魁2017年在武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程系博士后，共同第一作者王婷婷和蔡祎分別為武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生和南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士后。