中國儲能網(wǎng)訊：近年來電解水制氫受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，尋找廉價高效的非鉑電催化劑成為時下研究熱點。作為當(dāng)下“明星材料”的石墨烯具有導(dǎo)電性好、耐腐蝕等優(yōu)點，近年來科研人員致力將其開發(fā)為高活性酸性析氫電催化劑，然而很多碳基催化劑的活性與貴金屬相比還有很大的差距。如何將石墨烯碳基材料開發(fā)成高活性電催化劑是一個熱點課題。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院材料系陳乾旺教授課題組以貴金屬銥摻雜的金屬有機框架材料作為前驅(qū)體，一步煅燒制備了氮摻雜的類石墨烯層包裹銥鈷合金核殼結(jié)構(gòu)材料，在酸性電解質(zhì)析氫反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性。該研究成果1月12日發(fā)表在《先進材料》雜志上（Advanced Materials 2018, doi: 10.1002/adma.201705324），論文的共同第一作者是博士研究生江鵬、陳繼堂和王長來，他們分別對論文的實驗和理論計算部分作出了貢獻。
催化劑結(jié)構(gòu)及電催化析氫反應(yīng)示意圖
銥鈷合金可向表面活性位點轉(zhuǎn)移電子，銥鈷合金表面包覆的氮摻雜的石墨烯層類似于“鎧甲”，有利于防止合金內(nèi)核被酸腐蝕。作為酸性析氫電催化劑（其中銥的含量僅為1.56 wt.%），其塔菲爾斜率僅為23 mV/dec，達到10mA/cm2電流密度時其過電位僅為24mV，顯示出與商用的20%Pt/C電催化劑可比的電催化析氫性能。密度泛函理論模擬計算發(fā)現(xiàn)，氮摻雜原子近鄰的碳原子是電催化反應(yīng)的活性位點，銥的引入促進了電子向類石墨烯層表面遷移，降低了活性位點的氫吸附自由能。材料的表面結(jié)構(gòu)表征和元素成分成像分析等，揭示了氮元素摻雜量的增加以及銥元素在合金內(nèi)核表面的富集有利于催化劑性能的提升。該工作為今后尋找更為廉價、高效的電催化析氫催化劑提供了一種新思路。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費等有關(guān)項目的支持。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705324/abstract
（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）
