慕瑾 催化開(kāi)天地 2022-11-06 08:19 發(fā)表于江蘇
電催化水電解產(chǎn)氫可以大規(guī)模生產(chǎn)高純度的綠色氫氣。其中，電極反應(yīng)緩慢導(dǎo)致能量消耗過(guò)大，限制了整體效率。因此，尋找合適的析氫反應(yīng)催化劑成為最關(guān)鍵的研究課題之一。鋨(Os)作為最廉價(jià)的鉑族金屬，由于其對(duì)反應(yīng)中間體吸附能力過(guò)強(qiáng)，很少用于電催化反應(yīng)。
因此，必須用適當(dāng)?shù)氖侄握{(diào)節(jié)Os基納米材料的電子狀態(tài)和隨后的吸附行為，以最大限度地提高其內(nèi)在催化活性。有文獻(xiàn)報(bào)道，界面工程可以有效地調(diào)節(jié)關(guān)鍵中間體的電子態(tài)，增強(qiáng)/減弱其吸附行為，從而提高固有催化活性。
基于此，為了證明異質(zhì)界面的獨(dú)特性質(zhì)，并進(jìn)一步提高基于Os的納米催化劑的效能，武漢理工大學(xué)木士春課題組首次系統(tǒng)地研究了Os/OsS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究人員通過(guò)理論計(jì)算證明了Os/OsS2異質(zhì)界面的構(gòu)建導(dǎo)致電子傳導(dǎo)能力的提高、有利的電荷密度重分布以及由此產(chǎn)生的富電子界面，這種異質(zhì)界面周圍的缺電子位點(diǎn)伴隨著負(fù)移動(dòng)的d帶中心，表現(xiàn)出與氫中間體的弱吸附行為，從而降低了解吸能壘，調(diào)節(jié)了催化劑的內(nèi)在HER活性。
基于理論計(jì)算結(jié)果，研究人員通過(guò)共晶鹽體系輔助的部分硫化策略，構(gòu)建了Os/OsS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為pH通用HER 催化劑。在酸性、堿性和中性介質(zhì)中，Os/OsS2在10mA cm-2電流密度下的過(guò)電位分別僅需要29 mV、37 mV和58 mV，這可與商業(yè)Pt催化劑相媲美。更重要的是，Os/OsS2催化劑在酸性介質(zhì)中10 mV和50 mV過(guò)電位下的活性分別為Pt催化劑的14.4倍和2.5倍。該項(xiàng)工作深入研究電子積累異質(zhì)界面的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，可以為貴金屬催化劑的合理設(shè)計(jì)提供有效的指導(dǎo)。
Electron Accumulation Effect over Osmium/Erlichmanite Heterointerfaces for Intensified pH-Universal Hydrogen Evolution. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c03102