蘇州大學(xué)：橋氧復(fù)合非貴金屬體系催化Tafel型堿性電解水析氫

氫能具有燃燒熱焓高、零碳排放的優(yōu)點(diǎn)，滿足未來綠色新能源的需求，契合全球碳中和的發(fā)展理念。通過電解水的方式制備綠色氫能（HER）被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)、高效的制氫手段。傳統(tǒng)的酸性HER雖然可以實(shí)現(xiàn)高效的質(zhì)子耦合電子反應(yīng)，但是面臨著貴金屬儲(chǔ)量少、價(jià)格昂貴、催化劑腐蝕溶解、產(chǎn)物酸霧污染的難題需要解決。堿性HER反應(yīng)通常使用廉價(jià)的催化劑，并且可以與其它高效的陽極半反應(yīng)（析氧/析氯）同時(shí)實(shí)現(xiàn)陰極產(chǎn)氫，陽極產(chǎn)氧/氯的工業(yè)化反應(yīng)，具有更廣泛的工業(yè)化應(yīng)用范圍。但是，堿性電解水需要額外引入水分子的裂解反應(yīng)，這無疑增加了HER的反應(yīng)勢(shì)壘，使得催化劑的堿性HER活性比同等條件下的酸性環(huán)境低2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，發(fā)展高效且廉價(jià)的催化劑加速H-OH鍵的斷裂和氫質(zhì)子的脫附，對(duì)于提升堿性HER催化活性非常關(guān)鍵。

近日，蘇州大學(xué)耿鳳霞教授課題組通過電化學(xué)自優(yōu)化的手段剝離負(fù)載在鋁氧陰離子修飾的碳化鈦（Ti3C2）MXene基底上MoCoOx前驅(qū)體，精細(xì)地制備出包含單原子Mo, CoOx團(tuán)簇和鋁氧陰離子修飾的碳化鈦（Ti3C2）MXene基底的三元催化界面。得益于CoOx團(tuán)簇較強(qiáng)的水裂解性能， 單原子Mo吸附聚合質(zhì)子的能力，以及AlOx-基團(tuán)上橋接氧的存在增加了催化劑的Br?nsted酸度，其具有可逆的吸脫附質(zhì)子特點(diǎn)，從而確保了堿性環(huán)境中的HER反應(yīng)遵循富質(zhì)子（類酸環(huán)境）狀態(tài)下的最快速Volmer-Tafel析氫機(jī)制。

相應(yīng)的性能測(cè)試表明，Mo-CoOx@MXene-Al復(fù)合催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異堿性HER催化性能，驅(qū)動(dòng)10 mA/cm2的電流密度僅需要39 mV的過電位，Tafel斜率低至34 mV/dec，表現(xiàn)出媲美商業(yè)雙貴金屬PtRu/C催化劑的性能。更重要的是，這種精細(xì)調(diào)控的復(fù)合催化劑經(jīng)過25小時(shí)的循環(huán)測(cè)試后，沒有表現(xiàn)出明顯的活性衰減，顯示出較高的實(shí)用價(jià)值。

文章來源：蘇州大學(xué)

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