石榴状Mo2C@C纳米球：高效稳定的碱性析氢电催化剂

在石油、天然气等不可再生能源日益短缺的今日，氢能作为一种绿色、经济的能源而备受瞩目。电解水制氢是利用可再生能源获取清洁氢能的重要途径。该技术的最核心问题之一是如何开发高效、稳定、清洁、廉价的制氢电催化剂。研究表明，过渡金属碳化物在电解水制氢反应中表现出较高的催化活性和稳定性，其中，碳化钼是近年来被视为有望替代贵金属Pt基催化剂的材料之一。

图1 石榴状Mo₂C@C纳米球的制备示意图

图2 石榴状Mo₂C@C纳米球的SEM(a)和TEM(b)图像以及电化学析氢曲线(c)

中国科学院化学研究所胡劲松研究员（点击查看介绍）与南京师范大学戴志晖教授（点击查看介绍）研究团队发展了一种磷钼酸原位聚合吡咯再热解的方法制备出了高效稳定的氮磷共掺杂石榴状Mo₂C析氢催化剂，如图1所示。该催化剂由互穿多孔碳层包覆的微小碳化钼纳米晶组成（图2a-b）。同其它已报道的碳化钼材料相比，这种石榴状材料具有以下优点：1）导电碳层（碳基）不仅在热解过程中能有效阻止碳化钼纳米晶的团聚，还能促进析氢反应过程中电子的高效转移；2）氮、磷修饰的碳层（碳基）和碳化钼纳米晶能同时提供丰富的析氢催化活性位点；3）催化剂的多孔结构以及粗糙的表面形貌能充分保证活性位点的暴露以及析氢反应过程中质量的快速传输。此外，相互作用强烈的聚吡咯（作为氮源、碳源）和磷钼酸（作为磷源、钼源）在热解过程中能有力促进碳化钼纳米晶的可控生长以及氮、磷原子在碳层（碳基）和碳化钼纳米晶中的均匀掺杂。结合以上优点，该材料在碱性环境中表现出优越的析氢催化性能，在电流密度10 mA cm^-2下的过电位仅为47 mV，该催化剂是目前最好的钼基析氢催化剂之一（图2c）。这一新颖的设计理念有望为构筑其它非贵金属析氢电催化剂提供新的思路。这一研究成果以全文形式发表于近期的《ACS Nano》上。

该研究工作得到了科技部纳米重大研究计划、国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项的支持。

该论文作者为：Yu-Yun Chen, Yun Zhang, Wen-Jie Jiang, Xing Zhang, Zhihui Dai, Li-Jun Wan, Jin-Song Hu

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b04725

Pomegranate-like N,P-Doped Mo₂C@C Nanospheres as Highly Active Electrocatalysts for Alkaline Hydrogen Evolution

ACS Nano, 2016, 10, 8851-8860, DOI: 10.1021/acsnano.6b04725

导师介绍

胡劲松研究员：http://www.x-mol.com/university/faculty/15509

戴志晖教授：http://www.x-mol.com/university/faculty/11739

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