美國奧本大學張新宇教授近期在Science China Materials 上發表文章，成功地證明了可以通過超快（60秒）微波引發的方法，來生產用于析氫反應（HER）的，低成本，高性能MoS2/石墨烯催化劑。該催化劑對于推進基于清潔氫氣的能源工業非常重要。由于其顯著的催化性能，人們對二維二硫化鉬（MoS2）進行了深入研究。然而，大多數現有的合成方法耗時，復雜且效率較低。本文的工作首次使用固態微波合成的方法，制備高效能的MoS2/石墨烯納米復合材料作為析氫反應催化劑。
石墨烯的高比表面積和導電性為MoS2納米結構的生長提供了有利的導電網絡，以及快速的電荷轉移動力學。文中制備的MoS2 /石墨烯納米復合材料在酸性介質中對HER表現出優異的電催化活性，具有62mV的低起始電位，高陰極電流和43.3mV/dec的Tafel斜率。除了優異的催化活性外，MoS2 /石墨烯還具有超長的循環穩定性，在250 mV的過電位下具有約1000 mA cm?2的非常高的陰極電流密度。此外，MoS2 /石墨烯催化劑在30°C至120°C的溫度范圍內具有出色的HER活性，具有36.51 kJ mol?1的低活化能，提供了潛在的大批量生產和制備的機會。
張新宇教授的課題組一直致力于探索大規模納米制備的技術，避免傳統納米制備中所涉及的各種挑戰，例如：制備時間長，設備復雜，昂貴，產品價格高，難以大批量生產等等。
課題組主要研究方向及相關文章：
1、納米結構導電聚合物
自從七十年代被發現以來，導電聚合物一直吸引著眾多科研工作者的注意力。最近的十幾年，納米結構的導電聚合物更是成為研究的焦點。課題組掌握多種化學制備納米導電聚合物的方法，包括種子聚合法，表面活性劑模板法，自組裝法等等，合成制備了導電聚合物的納米球，納米纖維，納米回形針，中空納米管，以及與金屬納米顆粒的復合材料。這些納米材料可以廣泛的應用于納米電子元器件，儲能材料，傳感器，催化，電磁輻射防護，電極材料等工程領域。所發表的代表性文章包括Journal of the American Chemical Society 126 (14), 4502，Journal of the American Chemical Society 126 (40), 12714，Journal of the American Chemical Society 127 (41), 14156等。
2、化學生物傳感器
化學生物傳感器是使用納米結構的導電聚合物及其復合材料作為電極材料，測試電極材料與被檢測化合物以及生物試劑的電化學交互作用。利用納米材料的超高比表面積，達到極高的敏感度和選擇性。生產制備的電極材料對于過氧水，葡萄糖，甲醇，乙醇等化學，生物制劑有很高的敏感度和選擇性。代表性論文主要有：Nanoscale 5 (9), 3872-3879，Nanoscale 4 (1), 106-109，Sensors and Actuators B: Chemical 201, 65-74等。
3、微波引發的納米制備
固態微波納米制備技術可以制備碳納米管，納米金屬氧化物，硫化物等能源材料和功能材料。此方法具有制備速度快，批量大，無需復雜的工藝流程等優點，直接影響到未來納米材料的產業化與應用。代表性論文有：Chemical Communications, 2011,47, 9912，ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7, 22469， Chemical Communications, 2006, 2477, J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9545等。
4、納米能源相關領域
課題組近幾年開始了納米能源領域的探索，將設計制備的納米導電聚合物及其復合材料應用于儲能方面，并取得了一些最新進展。代表性論文：Nano Energy, 2016, 26, 550, Electrochimica Acta，2018, 260, 952, Electrochimica Acta, 2019, 311, 230, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 4, 4258等。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40843-019-9555-0
張新宇教授課題組鏈接：http://ecm.eng.auburn.edu/wp/zhanggroup/
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