北理工在二維過渡金屬硫族化合物堿性析氫機理研究方面取得重要進展
發布日期：2020-05-22 供稿：化學與化工學院
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近日，北京理工大學化學與化工學院曹敏花教授課題組在二維過渡金屬硫族化合物（MoSe2）的本征結構調控及堿性析氫反應（HER）機理研究方面取得重要進展，相關研究成果以“Identifying the adsorbed hydroxyl transfer kinetics as a descriptor of alkaline hydrogen evolution reaction”為題，在《Angewandte Chemie International Edition》雜志上在線發表（DOI：10.1002/ange.202006722）。該工作的第一作者為化學與化工學院2014級博士生毛寶光。
對于堿性HER，非鉑基納米催化劑的活性優化及催化機理研究對開發高效且廉價的HER催化劑具有重要意義。二維MoSe2材料因其獨特的電子特性和各向異性的結構優勢使其在催化電解水反應中被廣泛的研究。通常采取微結構調控和表面摻雜等策略可以進一步提高MoSe2的電催化性能。該課題組在2018年（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 446-450, back cover）工作基礎上，通過向MoSe2晶體結構平面內引入Ni/Co摻雜原子調變MoSe2的HER催化活性，該Ni/Co摻雜MoSe2催化劑在堿性和酸性解質中表現出明顯的HER活性規律差異。為了進一步揭示摻雜原子的本質作用，該團隊基于具有幾乎類似的ΔGH和ΔGH2O的Ni/Co修飾的MoSe2催化劑模型，分離了堿性HER Volmer 步驟中吸附OHad的轉移過程，利用循環伏安法（CV）、Zeta電位測試等實驗表征并結合DFT計算分析了過渡金屬原子摻雜MoSe2對堿性HER的催化作用機理。對吸附OHad轉移過程的深入理解可以為先進的堿性HER納米催化劑的合理設計提供新的指導，并為提高其催化性能提供新的可能性。
圖1：Ni/Co-MoSe2結構模型及催化劑形貌和結構表征。
圖2：（a）堿性和酸性介質中HER活性比較；（b,c,d）CV、 Zeta電位及不同堿性介質下HER催化活性表征;（e,f）DFT理論計算分析OHad + e– ? OH–轉化過程；（g）Ni/Co-MoSe2對 OHad + e– ? OH–過程的作用機制示意圖。
論文詳情：Baoguang Mao, Pingping Sun, Yan Jiang, Tao Meng, Donglei Guo, Jinwen Qin, Minhua Cao*. Identifying the adsorbed hydroxyl transfer kinetics as a descriptor of alkaline hydrogen evolution reaction, Angewandte Chemie International Edition, doi: 10.1002/anie.202006722. 論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202006722
附作者簡介：
曹敏花，北京理工大學化學與化工學院教授，博士生導師，教育部新世紀優秀人才，洪堡學者。主要從事能源存儲與轉化材料的功能導向性設計及電化學機理研究。已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Nano Energy, Chem. Mater., J. Mater. Chem. A等期刊上發表SCI論文100余篇。
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