发展水裂解制氢的关键技术之一是催化材料的革新。在过去10年里,非贵金属水裂解催化剂的研发已经取得了一系列重要进展。其中,最经典的水裂解析氢催化剂MoS2得到了广泛的研究。MoS2具有层状二维晶体结构,作为电催化剂,其显著的缺点是导电性差和活性位密度低。
针对MoS2材料的结构特性和存在的问题,吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室的邹晓新(点击查看介绍)课题组与吉林大学的陈巍(点击查看介绍)课题组、朱品文(点击查看介绍)课题组以及罗格斯大学Asefa(点击查看介绍)课题组合作,系统研究了多个三维结构Mo-B相(α-MoB2、β-MoB2、MoB、Mo2B)的高温高压合成、结构解析与水裂解析氢性质。其中,含有硼烯亚单元结构的α-MoB2表现出最优的催化性能。他们在研究中发现:(1)α-MoB2材料具有优异的电子传导能力,与贵金属Pt相当(电阻比较:α-MoB2, 6.6 ± 1.7 × 10-7 Ω•m; Pt, 1.1 × 10-7 Ω•m);(2)α-MoB2理论模型表面析氢活性位点的密度和活性甚至高于Pt(111)表面;(3)α-MoB2表现出很高的交换电流密度(0.132 mA/cm2),略低于Pt/C催化剂(0.989 mA/cm2),比MoS2材料高出1-2个数量级;(4)α-MoB2可以在较小的过电势下(334 mV)获得实际应用中期许的1000 mA/cm2 级电流密度。
(a)MoS2与α-MoB2的晶体结构对比;(b)α-MoB2、MoS2和Pt析氢活性位点活性与密度的比较;(c)α-MoB2与Pt/C催化活性的比较
相关工作发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者为吉林大学化学学院的博士后陈延丽和于广涛副教授。
该论文作者为:Yanli Chen, Guangtao Yu, Wei Chen, Yipu Liu, Guo-Dong Li, Pinwen Zhu, Qiang Tao, Qiuju Li, Jingwei Liu, Xiaopeng Shen, Hui Li, Xuri Huang, Dejun Wang, Tewodros Asefa, and Xiaoxin Zou
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Highly Active, Nonprecious Electrocatalyst Comprising Borophene Subunits for the Hydrogen Evolution Reaction
J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b06337
导师介绍
邹晓新
http://www.x-mol.com/university/faculty/31093
朱品文
http://www.x-mol.com/university/faculty/43039
陈巍
http://www.x-mol.com/university/faculty/43038
Asefa
http://www.x-mol.com/university/faculty/3036
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