二维硫化钼材料水电解析氢催化剂的活性解控

发布时间：2025-05-10 23:47

　　以高性价比的析氢催化剂取代Pt对于水电解制氢的大规模商业化应用具有重要的推动作用。但目前,可替代催化材料的低效率、短寿命限制了其实际应用。研究发现:具有热中性的H吸附能(△ GH=0.06 eV)Mo边缘的层状二硫化钼(MoS2),被认为是最有希望替代Pt的一种析氢催化剂。近年来,研究者从实验和理论上得到验证,提高MoS2催化剂性能的方式主要有两种:一是通过暴露更多的边缘位置或引入面内硫空位来增加2H结构MoS2活性位点的密度。二是通过调控相变来提高MoS2的导电性,将半导体的2H相转化为金属的1T相。虽然1T相的MoS2中平面S原子也被认为是活性位点,其活性密度较高,但是其平面S位点的H吸附能依旧很高,△GH达0.17eV。除了上述问题外,MoS2材料应用于析氢方向存在的另一问题是稳定性差,这主要是由硫组分的流失以及1T相的热力学不稳定所导致。因此,从热力学方面来说,只有当电子导电性、活性位点密度、本征活性和稳定性等问题同时得到解决时,MoS2才能成为适用于HER的优秀催化剂。此外,从动力学方面来讲,反应界面处的双电层结构同样会影响催化行为。HER反应中,溶液中体相水分子或水合氢离子通...

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【部分图文】：

图１．２水电解槽工作原理图??

氢析出反应机理、阴极催化剂的研宄现状等方面进行详细的论述。??１．２质子交换膜水电解??如图１．２所示，质子交换膜电解槽体的核心结构一一膜电极复合体??（Ｍｅｍｂｒａｎｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ａｓｓｅｍｂｌｙ，?ＭＥＡ），由：电解液，质子交换膜，阳极催化层和??阴极催化层四部分组....

图１．３?ＤＦＴ计算得到的不同材料氢吸附能与实测交换电流密度的火山性曲线??

氢析出反应机理、阴极催化剂的研宄现状等方面进行详细的论述。??１．２质子交换膜水电解??如图１．２所示，质子交换膜电解槽体的核心结构一一膜电极复合体??（Ｍｅｍｂｒａｎｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ａｓｓｅｍｂｌｙ，?ＭＥＡ），由：电解液，质子交换膜，阳极催化层和??阴极催化层四部分组....

图１．４过渡金属磷化物的晶格结构??金属磷化物与其他的金属化合物（如碳化物、氮化物、硼化物和硅化物）具??有相似的物理性质

?０．８??ＡＧＫ【ｅＶｌ??图１．３?ＤＦＴ计算得到的不同材料氢吸附能与实测交换电流密度的火山性曲线??尽管Ｓａｂａｔｉｅｒ原理可以用来横向比较不同材料的催化活性，但是有些参数是??不包含在这个简单的基于描述符的模型中的。而这些因素同样会影响催化反应速??率（比如材料的粒径效应....

图１．Ｓ硫化钼材料的调控因子??１．６．１粒径效应??

气相沉积生长参数之间的关系，以及如何通过改变这些参数来控制其性质。具体??来说，我们将二维材料的受控生长分为七个方面，即尺寸、层数、方向、形态、??相、掺杂剂、缺陷和质量，如图１．５所示。??９??

本文编号：4044511