化石燃料的大量消耗所带来的全球性挑战推动人们大力发展清洁和可持续的能源.氢能作为一种绿色、无污染的能源载体,是能源向绿色经济转换的关键,而利用可再生能源进行的电解水制氢被认为是实现绿色制氢的最佳选择.然而由于析氧反应(OER...化石燃料的大量消耗所带来的全球性挑战推动人们大力发展清洁和可持续的能源.氢能作为一种绿色、无污染的能源载体,是能源向绿色经济转换的关键,而利用可再生能源进行的电解水制氢被认为是实现绿色制氢的最佳选择.然而由于析氧反应(OER)的氧化电位(1.23 V)较高,动力学缓慢,实际水电解需要更多的能量输入.具有低氧化电位的甲醇辅助水电解(0.016 V)可以匹配可再生能源实现低能耗电解制氢,受到了广泛关注.开发高效的用于催化甲醇氧化(MOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂是实现这一愿景的前提.传统的Pt基催化剂容易受到阳极侧MOR过程中产生的CO中间体毒化,严重影响甲醇辅助水电解制氢的效率.为了提升Pt基催化剂的催化活性和稳定性,一种有效的策略是引入合适的功能组分来促进催化反应.例如,贵金属颗粒和亲氧化成分(如过渡金属氧化物和磷化物)之间的金属-载体相互作用可以有效提高Pt基催化剂的抗CO中毒能力.过渡金属硒化物由于其优良的金属性和亲氧性作为催化促进剂受到越来越多的关注.硒化钼(MoSe_(2))具有良好的稳定性和导电性并且其2H相中的不饱和边缘具有水活化和解离活性,同时其吸附H原子的吉布斯自由能(ΔGH^(*))接近于零.考虑到MoSe_(2)的高水活化/解离能力,本文成功制备了二维MoSe_(2)纳米片负载的Pt纳米粒子复合催化剂(Pt/MoSe_(2))用于高效甲醇电解制氢.密度泛函理论计算表明,亲氧组分MoSe_(2)显著优化了CO^(*)和H^(*)在Pt表面的吸附能,从而大大提高了甲醇辅助水电解的活性和稳定性.其中,Pt/MoSe_(2)的甲醇氧化峰值电流密度为67.8 m Acm^(-2),是商业Pt/C催化剂的2.5倍;在10 m A·cm^(-2)的电流密度下,HER的过电位低至32 m V.由Pt/MoSe_(2)|Pt/MoSe_(2)组装的两电极电解槽驱动10 m A·cm^(-2)的电流密度仅需要0.67 V的电压,与相同条件下的水电解相比节省了约1.展开更多
文摘化石燃料的大量消耗所带来的全球性挑战推动人们大力发展清洁和可持续的能源.氢能作为一种绿色、无污染的能源载体,是能源向绿色经济转换的关键,而利用可再生能源进行的电解水制氢被认为是实现绿色制氢的最佳选择.然而由于析氧反应(OER)的氧化电位(1.23 V)较高,动力学缓慢,实际水电解需要更多的能量输入.具有低氧化电位的甲醇辅助水电解(0.016 V)可以匹配可再生能源实现低能耗电解制氢,受到了广泛关注.开发高效的用于催化甲醇氧化(MOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂是实现这一愿景的前提.传统的Pt基催化剂容易受到阳极侧MOR过程中产生的CO中间体毒化,严重影响甲醇辅助水电解制氢的效率.为了提升Pt基催化剂的催化活性和稳定性,一种有效的策略是引入合适的功能组分来促进催化反应.例如,贵金属颗粒和亲氧化成分(如过渡金属氧化物和磷化物)之间的金属-载体相互作用可以有效提高Pt基催化剂的抗CO中毒能力.过渡金属硒化物由于其优良的金属性和亲氧性作为催化促进剂受到越来越多的关注.硒化钼(MoSe_(2))具有良好的稳定性和导电性并且其2H相中的不饱和边缘具有水活化和解离活性,同时其吸附H原子的吉布斯自由能(ΔGH^(*))接近于零.考虑到MoSe_(2)的高水活化/解离能力,本文成功制备了二维MoSe_(2)纳米片负载的Pt纳米粒子复合催化剂(Pt/MoSe_(2))用于高效甲醇电解制氢.密度泛函理论计算表明,亲氧组分MoSe_(2)显著优化了CO^(*)和H^(*)在Pt表面的吸附能,从而大大提高了甲醇辅助水电解的活性和稳定性.其中,Pt/MoSe_(2)的甲醇氧化峰值电流密度为67.8 m Acm^(-2),是商业Pt/C催化剂的2.5倍;在10 m A·cm^(-2)的电流密度下,HER的过电位低至32 m V.由Pt/MoSe_(2)|Pt/MoSe_(2)组装的两电极电解槽驱动10 m A·cm^(-2)的电流密度仅需要0.67 V的电压,与相同条件下的水电解相比节省了约1.
