【中國科學報】電解水析氫催化劑研究獲進展(2025.4.27)
文章來源:中國科學報 朱漢斌 | 發(fā)布時間:2025-04-28 | 【打印】 【關(guān)閉】
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近日,中國科學院廣州能源研究所助理研究員申麗莎和研究員閆常峰團隊在國家自然科學基金面上項目等的資助下,在電解水析氫催化劑方向取得進展。相關(guān)成果發(fā)表于《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)。
多級結(jié)構(gòu)示意圖及析氫反應性能。研究團隊供圖
開發(fā)高效水電解析氫催化劑是突破制氫成本瓶頸、加速氫能經(jīng)濟規(guī)?;涞氐暮诵穆窂?。異質(zhì)界面工程可通過電荷重排優(yōu)化中間體吸附能提升析氫反應性能,但三相體系中組分協(xié)同機制與“組分界面-性能”構(gòu)效關(guān)系仍不明確,且異質(zhì)結(jié)微觀結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移與物質(zhì)傳遞協(xié)同優(yōu)化策略亟待突破。
針對上述問題,研究團隊提出“結(jié)構(gòu)-界面同步優(yōu)化”策略,構(gòu)建了三相異質(zhì)結(jié)催化劑a-MoSX/Ni3S2/Ni3N@NF-2。通過調(diào)控前驅(qū)體比例實現(xiàn)組分/形貌可控合成,建立三維導電網(wǎng)絡(luò)和超親水疏氣表面,顯著提升活性位點暴露率與氣泡脫附速率。研究表明:Ni3S2可調(diào)控中間體吸附能,其比例調(diào)控可誘導強界面電子相互作用。XPS與DFT計算證實,Mo位點電子密度提升使氫吸附自由能降低至-0.06 eV,接近鉑基催化劑理論值。
優(yōu)化后的催化劑在1 M KOH中表現(xiàn)出優(yōu)異性能:10 mA cm-2電流密度下過電位僅69 mV,塔菲爾斜率為63.7 mV dec-1,性能指標居非貴金屬催化劑前列。該研究為三相異質(zhì)結(jié)催化劑界面工程與微觀結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化提供了新思路。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161077
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