MoS2在高效电催化析氢的应用
资讯类型:行业新闻 加入时间:2021年4月30日15:59
 
    据悉,中国科学院大连化学物理研究所研究团队提出二维硫化钼(MoS2)限域铑原子的距离协同效应,利用铑单原子之间的距离来调控硫化钼面内硫原子的电子结构和催化活性,从而实现高效电催化析氢(HER)性能,使电解水制氢是实现工业化成为一种可能。
    作为一种典型的二维过渡金属硫族化合物,二硫化钼边缘结构具有适中的氢吸附强度而显示良好的HER活性,因而被广泛认为是一种有潜力的、可替代贵金属Pt的非贵金属HER催化剂。然而,位于二硫化钼面内的大量硫原子对电催化析氢反应却是惰性的,而边缘活性位的数目又是非常有限。因此,开发能够有效激发并优化硫化钼面内S活性的手段对于增加二硫化钼的催化活性位数目及提高其催化HER活性具有重要意义。
    大连研究团队长期聚焦二维催化材料的表界面调控研究,在国际上率先提出并实现二硫化钼晶格限域的金属杂原子来激发其面内硫原子的催化活性。该策略虽然能够有效地提高二硫化钼催化HER的性能,但是如何精确调控并优化面内硫的活性仍是亟待解决的关键问题。
    最新的研究显示,二硫化钼晶格限域铑原子之间的距离协同效应能够有效调控并优化面内S原子的反应活性,从而显著提高其HER催化活性。研究团队通过控制铑原子的浓度来改变其原子间的平均距离,发现铑原子间距与HER活性之间存在奇特的“火山型曲线”关系。当硫化钼晶格内铑原子的质量分数达到4.8%时,催化剂的HER反应活性达到最高,产生10mA/cm2电流密度仅需67mV过电位。
    同时,密度泛函理论计算发现,硫化钼晶格限域铑原子激发了铑近邻S原子的活性,且铑原子间距与S原子对氢的吸附自由能之间也呈现出“火山型曲线”关系,即当限域的Rh原子间距适中时,面内S原子活性位对氢的吸附能最优(更接近0eV),达到最高的HER催化活性。
    该工作揭示了二维MoS2限域单原子的催化活性调控机制以及设计新型高效电解水析氢催化剂提供了新思路。
文章来自:中国催化剂网
文章作者:webmaster
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