我室在非贵金属碳氮化物电解水析氢催化材料方面取得新进展-催化与新材料研究室

我室在非贵金属碳氮化物电解水析氢催化材料方面取得新进展

作者：时间：2017年07月06日 00:00 点击数：

近日，黄延强研究员与徐金铭副研究员在非贵金属碳氮化物电解水析氢催化材料方面取得新进展。该研究利用碳热氨气还原法制备出钼镍合金碳氮化物催化剂电极，在碱性条件下电解水析氢反应（HER）中表现出优异的活性和稳定性。该研究成果近期发表在Nano Energy杂志（Nano Energy，2017，37，1–6）。

近年来，随着新型发电技术（如来自太阳能、风能、地热能等可再生能源的发电技术）的不断发展和电网系统的不断优化与升级，电解水制氢技术被广泛誉为“最理想的工业制氢方法”，而该技术的最核心问题就是高效、稳定、廉价的电催化剂的开发。

为此，我们以酚醛树脂为炭源和粘结剂，在高温氨气热处理下，预粘结在泡沫镍基底上的含钼的前驱体发生碳热氨气还原，同时基底上的镍发生扩散并与前驱体发生作用，最后形成钼镍合金碳氮化物四元催化剂电极。该电极在150 mV过电势下即可产生50 mA cm⁻²电流密度，并且在超过48小时的连续剧烈产气反应中性能保持稳定。通过实验和密度泛函理论（DFT）计算，催化剂中四种元素发生协同作用，大大降低了氢结合能（HBE，hydrogen bindingenergy），从而提高了反应活性。该研究为高效、廉价的析氢反应催化剂的设计和制备提供了新的思路。

本研究工作的顺利开展一方面得益于我们前期在炭基催化材料研究工作的良好积淀（carbon，2012，50，1807–1816；Chem. Mater. ，2008，20，1881–1888），另一方面也得益于实验过程中的细致观察及良好的团队合作精神。

该研究工作得到了国家自然科学基金，中央高校基本科研业务费专项基金，中科院青年创新促进会专项基金等的资助。