我所在水電解制氫低/非Pt催化劑研究上取得新進展

　　缺乏取代Pt基與低Pt型高性價比析氫催化劑是幾十年來困擾水電解制氫的商業(yè)化應用的主要因素。目前的難點在于：缺乏同時解決催化劑本征活性，活性位點密度，導電性和穩(wěn)定性問題的策略。只有當電子導電性，活性位點密度，本征活性和穩(wěn)定性問題同時得到解決時，低/非Pt催化劑才能實現(xiàn)在HER催化上的真正應用。 

　　 近日，中國科學院長春應用邢巍研究員課題組聯(lián)合上海光源和東南大學對MoS₂析氫體系聯(lián)合攻關，開創(chuàng)了自發(fā)界面氧化還原摻雜法，以低量的鈀原子活化二硫化鉬（MoS₂）惰性表面獲得了兼具低成本、高效率的穩(wěn)定HER催化材料。Pd摻雜后取代Mo位，同時引入硫空位并誘導MoS₂相變生成穩(wěn)定的1T結(jié)構。理論計算表明，位于鈀位點旁邊的硫原子表現(xiàn)出低的氫吸附能（ΔGH=-0.02eV）。最終只摻雜1wt％鈀的MoS₂，表現(xiàn)超低的析氫過電位（10mA·cm^-2對應的過電位僅78mV）和高的交換電流密度（805μA·cm^-2），同時具有良好的穩(wěn)定性，使其具有替代商業(yè)Pt/C的可能。目前，該催化劑具有文獻報道的雜原子摻雜的MoS₂基材料中最高HER性能。該進展發(fā)表在Nature Communications上，Chemically activating MoS₂ via spontaneous atomic palladium interfacial doping towards efficient hydrogen evolution（Nature Communications，2018，1，9，2120 ）   

Pd自發(fā)摻雜MoS₂的機制探索 

　　在低Pt催化劑方面，課題組近期研究了表面Pt富集的PtRu納米粒子，其中PtRu部分嵌入碳球表層形成高效的析氫催化劑。利用聚合反應，通過優(yōu)化前軀體的加入時間（6h最佳）得到了部分鑲嵌到酚醛樹脂碳球中的PtRu合金（PtRu@RFCS-6h），在高溫還原氣氛下PtRu合金表面上優(yōu)先析出Pt，形成粒徑較小的Pt納米團簇，這種催化劑在保證結(jié)構穩(wěn)定的前提下提供了大量的Pt催化活性位。實驗表明，在0.5MH₂SO₄體系中PtRu@RFCS-6h催化劑HER過電位（19.7mV和43.1mV分別在10和100mA·cm^-2電流密度下）、TOF（4.03H₂s^-1）、Tafel斜率（27.2mVdec^-1）以及穩(wěn)定性等性能均優(yōu)于商用Pt/C催化劑。分析結(jié)果表明，PtRu合金表面富集的痕量Pt納米團簇能夠有效地降低H的吸附能并利于水合質(zhì)子的解離。此外，催化劑的制備工藝簡單，貴金屬Pt的負載量比商用Pt/C催化劑少99.9%，成本只有商用Pt/C催化劑的2%，為替代商用Pt/C提供了可能。該項成果發(fā)表在Energy& Environmental Science，題目為Enhanced electrocatalytic performance for hydrogen evolution reaction through surface enrichment of platinum nanocluster alloying with ruthenium in-situ embedded in carbon（Energy &Environmental Science，2018，5, 11,1232-1239 ） 

合成出的超低載量Pt催化劑的結(jié)構與性能 

　　　論文鏈接1

　　　論文鏈接2

(先進化學電源實驗室)