Small Methods:Ultrafine Molybdenum Carbide Nanocrystals Confined in Carbon Foams via a Colloid-Confinement Route for Efficient Hydrogen Production
原創 2018-03-23 MaterialsViews
氫能是一種可再生的理想能源載體，開發大規模、廉價、清潔、高效的制氫技術是新能源領域產業發展的當務之急。其中，電化學析氫反應（HER）由于環境友好、產氫效率高及所純度高等優點，被認為是最具有發展前景的產氫技術之一。目前最好的HER催化劑為Pt等貴金屬催化劑，其不僅價格昂貴，而且穩定性也亟待提高。因此，發展非貴金屬高效析氫催化劑備受人們關注。由于碳化鉬（MoC）具有類Pt的d帶電子結構，因而碳化鉬被認為是一種非常具發展前景可替代Pt貴金屬的HER催化劑。然而，碳化鉬的制備通常需要在高溫下進行，此時碳化鉬納米晶易發生團聚，大大降低了碳化鉬的活性位點數量。如果能將碳化鉬納米晶的尺寸限制在幾納米范圍內，甚至2nm以下，可以大幅增加活性位點數量，從而有效改善碳化鉬的催化活性。
近期，武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室木士春研究組與新加坡國立大學材料科學與工程系 John Wang研究組合作報道了利用凝膠SiO2微球作為限域模板制備超細碳化鉬納米晶并作為廣泛pH高效析氫催化劑的研究工作。利用尺寸均一的SiO2微球凝膠作為限域模板，金屬源鉬酸銨及碳源葡萄糖作為客體，經過水熱及高溫碳化成功原位制備了碳納米泡沫負載超細碳化鉬納米晶（平均尺寸低于2nm）。將該材料用作HER催化劑，在10 mA cm-2電流密度下，當pH=0，7，14時，過電位分別為184，174及185mV，Tafel斜率分別為71，105及126mV decade-1。而且，在酸性下，催化劑的交換電流密度遠高于未經SiO2限域合成的碳化鉬納米晶，并優于大多數目前報道的Mo基催化劑。同時，該催化劑在廣泛pH下表現了優異的抗團聚性能及電化學穩定性。
相關研究成果已發表于Small Methods（DOI10.1002/smtd.201700396），第一作者寇宗魁2017年在武漢理工大學材料科學與工程學院獲得博士學位，現為新加坡國立大學材料科學與工程系博士后，共同第一作者王婷婷和蔡祎分別為武漢理工大學材料科學與工程學院博士生和南洋理工大學材料科學與工程學院博士后。