李玉良院士團隊Advanced Materials:三維柔性“石墨炔/二硫化鉬”新型異質(zhì)結(jié)催化劑
(1) 在富電子石墨炔(eGDY)表面原位生長超薄二硫化鉬(MDS)的三維柔性新型異質(zhì)結(jié)材料(eGDY/MDS);
(2) 兩種半導體材料eGDY和MDS組合而成的eGDY/MDS呈現(xiàn)出金屬導體特性,得到*自由能(ΔGH),大大提高其本征HER催化性能——在酸性、堿性電解質(zhì)中下分別僅需128、99 mV的較小過電勢即可達到10 mA cm-2的析氫電流;
(3) eGDY/MDS在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出比Pt/C催化劑更高的催化活性,并且其光電流密度得到了極為顯著的提高。
自2010年李玉良院士團隊成功合成石墨炔以來,它即被迅速的應(yīng)用到能源轉(zhuǎn)換和儲能領(lǐng)域。電催化析氫反應(yīng)(HER)是一種綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的制氫途徑。為了滿足日益增長的能源需求,緩解環(huán)境壓力,需要研發(fā)廉價、的析氫催化劑,從而推進電催化析氫的工業(yè)化進程。具有高催化活性和穩(wěn)定性的催化劑在從酸性到堿性條件的寬pH范圍內(nèi),特別是在堿性電解質(zhì)中與析氧反應(yīng)催化劑結(jié)合以實現(xiàn)全水解,在高質(zhì)量的析氫反應(yīng)(HER)中起關(guān)鍵作用。Pt是zui活躍的電催化劑,但具有成本高,缺乏缺陷以及在堿性介質(zhì)中未得到充分穩(wěn)定的缺點。受氫化酶結(jié)構(gòu)的啟發(fā),二維過渡金屬二硫族化合物(TMDCs)已被開發(fā)為有希望的HER電催化劑。但是,催化劑僅在酸性條件下表現(xiàn)出更好的催化性能。通過與石墨炔,碳納米管,碳布和碳纖維等多種導電載體結(jié)合,已經(jīng)作出了眾多努力來提高其催化活性,但性能上仍存在不足和缺陷。必須建立新想法以大大提高電催化劑的性能?;钚晕镔|(zhì)與輔助信息之間的電耦合已被認為會增加暴露活性位點的數(shù)量,提高電導率,提高催化性能。通過改進電子轉(zhuǎn)移動力學來促進HER動力學。尋找具有高π-電荷的全碳材料至關(guān)重要,共軛和富電子結(jié)構(gòu),增強與TMDCs的相互作用。
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