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中科院福建物構(gòu)所＆南方科技大學Adv. Funct. Mater.：構(gòu)造鉬基納米線陣列用于pH通用型電催化析氫

文章來源：未知更新時間：2018-09-30 10:14:52

【引言】

鉬（Mo）是一種地球儲量豐富的過渡金屬元素，其具有豐富的氧化還原化學特性，而且鉬基化合物（如MoP、MoS₂、MoN、MoO₂和Mo₂C）已被廣泛應用于晶體管、光探測器、超級電容器、鋰/鈉離子電池、光催化劑和電催化劑等領(lǐng)域。特別地，鉬基化合物已被發(fā)現(xiàn)對廣泛pH介質(zhì)中的析氫反應具有高的本征催化活性及穩(wěn)定性，而發(fā)展具有pH普適性的電催化劑是非常有必要的。迄今為止，為提高鉬基電催化劑的HER性能已經(jīng)做了大量的工作，如晶相工程、表/界面工程、摻雜和納米碳復合等以用于增加表面活性位點密度和提高單個活性位點的本征活性。然而，這些鉬基催化劑的表觀HER活性仍然較低，可能由于其納米結(jié)構(gòu)化方面的不足，導致其活性位點暴露較少、電荷傳遞與質(zhì)量傳輸不良等。
納米結(jié)構(gòu)工程在通過調(diào)節(jié)形狀、尺寸、形貌、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和特定原子平面的暴露來調(diào)整材料的性能和改善功能系統(tǒng)的性質(zhì)方面扮演著至關(guān)重要的角色。在各種納米結(jié)構(gòu)中，具有高縱橫比的納米線陣列（NWAs）不僅擁有大的比表面積和足夠的間隙空間，因而能夠有效地暴露材料表面的活性位點，而且其特殊組織結(jié)構(gòu)賦予的超疏氣表面能夠加速釋放從電極表面所產(chǎn)生的氣泡，從而提高氣體析出催化反應中的質(zhì)量輸運效率。此外, NWAs直接生長在導電基底上構(gòu)筑自支撐的催化劑電極能夠保證催化劑與基底之間的良好的電接觸及力學穩(wěn)定性，同時避免了繁雜的催化劑電極制備工序

【成果簡介】

近日，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所王瑞虎研究員和南方科技大學梁永曄教授（共同通訊作者）等人合作采用一種簡易的方法在多孔碳纖維紙（CFP）上合成各種MoX_n NWAs，其中MoX_n包括MoP、MoS₂、Mo₂C、MoN和MoO₂。研究表明這些MoXn納米線由緊密相連的納米顆?；蜻吘壺S富的納米片組成，當這些納米線被制作成自支撐的電極時，這些MoX_n NWAs/CFP對廣泛pH介質(zhì)中的析氫反應（HER）均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。特別地，性能最優(yōu)的MoP NWAs/CFP顯示出與鉑片電極相當甚至更優(yōu)的HER性能，這在與HER相關(guān)的能源技術(shù)中具有極大的應用前景。該研究成果以“General Construction of Molybdenum-Based NanowireArrays for pH-Universal Hydrogen Evolution Electrocatalysis”為題發(fā)表于著名材料期刊Adv. Funct. Mater.。

【圖文導讀】

圖一合成MoX_n NWAs/CFP的示意圖

（Ⅰ）通過溶劑熱反應在CFP上合成含Mo前驅(qū)體的NWAs
（Ⅱ）在不同的氣氛下，通過含Mo前驅(qū)體的NWAs/CFP的拓撲轉(zhuǎn)化形成MoX_n NWAs