亚纳米尺度过渡金属硫族化合物制备、超结构组装及析氢性能

The development of materials for hydrogen evolution reaction (HER) has a great significance for the replacement of fossil energy by hydrogen energy. Transition metal chalcogenides have been proved to display promising performance in HER, thus are believed to be able to replace Pt. To improve their performance suffered from limited active sites, lower exchange current density than Pt and poor conductivity, we propose a structure defined in sub-nanometer scale under good-poor solvent system. The struture exposes almost all the atoms on the surface, possesses varied electronic stuctures and can construct hierarchical structures, the exploration of the influence of these features on the performance of transition metal chalcogenide for HER is hoped to reveal the structure-activity relationship under sub-nanometer scale and further provide the opportunity to promote the development of transition meta chalcogenides.

电解水析氢材料的发展对实现氢能源取代现有化石能源具有重要的现实意义。过渡金属硫族化合物在电解水析氢反应中具有良好的催化活性，是最有希望替代贵金属Pt的一类非贵金属材料。本项目针对过渡金属硫族化合物活性暴露位点受限、交换电流密度低于Pt及导电性差等问题，拟利用良溶剂-不良溶剂合成体系构建尺寸在1nm以下的亚纳米结构，希望通过该尺度下几乎完全的表面原子暴露、丰富的表面电子结构及形成新颖多级结构等特点优化过渡金属硫族化合物的电解水析氢性能，并构建电解水析氢材料在亚纳米尺度下的构效关系，为这类材料的发展提供新的思路与机会。

开发电解水析氢材料对推动氢能源的发展至关重要。过渡金属化合物，尤其是硫族化合物是应用在电解水析氢反应中的明星材料，被认为是最有希望替代贵金属Pt的一类非贵金属材料。然而该类材料存在活性位点暴露受限、交换电流密度低及导电性差等问题。因此我们在本项目中计划利用良溶剂-不良溶剂合成体系构建尺寸在1 nm以下的亚纳米结构，希望通过该尺度下几乎完全的表面原子暴露、丰富的表面电子结构及形成新颖多级结构等特点优化材料的电解水析氢性能。在本项目的资助下，我们首先合成了具有亚纳米尺度管壁厚度的钴基纳米管，仔细探究了合成体系中良溶剂与不良溶剂比例以及水热条件后降温速率对纳米管生长形貌的影响，同时研究了纳米管的生长过程，发现纳米管是由亚纳米尺度下无机纳米带柔性卷曲形成的纳米管。随后我们构筑了超薄WS2纳米片，通过超薄尺度下边缘活性位点的高比例暴露实现其电催化析氢（Hydrogen evolution reaction, HER）性能提升。针对项目计划的HER性能研究，我们同时开发了Co-P@PC全pH电催化析氢电极，实现了在酸性、中性、碱性中的宽pH范围内的HER活性；构筑了V-Ni3N/Ni氢催化电极材料，该材料同时具有良好的电解水产氢及电氧化氢的性能及稳定性。为了拓宽应用，我们针对HER所产生的H2在氢燃料电池中的应用，设计合成了Co基过渡金属化合物氧还原电催化剂。

内容获取失败，请点击重试