具有高活性位點密度和析氫反應催化活性的二硫化鉬納米線

最新 09-17

????

利用電解水製取氫氣是下一代清潔能源的最佳候選之一，尋找高效、穩定、低廉的催化劑來降低電解水過程中的能耗成為這一技術商業化應用的關鍵。MoS2作為析氫反應的電催化劑具有很高的活性，但仍然有很多問題亟待解決。首先，MoS2的活性位點位於邊緣處，表面大部分卻是惰性的。其次，MoS2通過Volmer-Heyrovsky機制進行催化析氫反應，Tafel反應勢壘（~1.50 eV）較高，從而導致Tafel斜率的極限值為40 mV/decade。

近日，東南大學物理學院的王金蘭教授課題組報道了MoS2納米線合成的最新進展，其不僅具有超高的活性位點密度，本徵活性也能夠得到極大的提升。這種納米線以Au（755）為襯底，寬度僅為0.67 nm，因此具有非常多的邊界位點。更為重要的是，這種催化劑可以通過Volmer-Tafel機制催化析氫反應，勢壘僅為0.49 eV，不僅遠遠低於其他已報道的MoS2催化劑（~1.50 eV），甚至比貴金屬Pt（0.80 eV）的還要低，因此Tafel斜率可以低至30 mV/decade。通過成鍵分析，他們發現Tafel勢壘的降低源於相鄰兩個吸附氫原子之間距離的減小。此外，將貴金屬Au替換為Cu或Ni，納米線的活性能夠得到進一步提升。