省科學院測試分析研究所（中國廣州分析測試中心）新技術室光電功能材料與器件研究團隊（以下簡稱“光電團隊”）設計合成了一種價格低廉的催化材料CoMo2S4，測試結果表明，該催化劑有望實現(xiàn)低成本高效制氫。
工業(yè)的迅速發(fā)展伴隨著化石能源的加速枯竭和二氧化碳的加速排放，人類社會正面臨著能源危機和全球氣候變化，加速發(fā)展清潔能源迫在眉睫。氫（H2）是一種質量能量密度高、無污染的清潔能源，利用氫作為燃料進行反應，其產物是水，不會對環(huán)境造成污染。利用可再生能源實現(xiàn)水分解制氫已經(jīng)成為全球研究的熱點。將現(xiàn)有的可再生能源（如風能，太陽能等）轉化為電能，并和傳統(tǒng)的電解水工藝直接連用，是實現(xiàn)這一目標的最有效途徑之一。我國的十四五規(guī)劃將電解水技術納入為重點研發(fā)計劃，設立了電解水技術研發(fā)重點專項。然而，傳統(tǒng)的電解水制氫一般需要使用如鉑（Pt）、鈀（Pd）作為催化劑，這些催化劑價格昂貴且稀缺，導致電解水成本較高。
針對這一問題，測試分析所（中廣測）光電團隊設計合成了CoMo2S4二維納米片催化材料，并結合電化學測試、原位屏蔽測試、四探針電阻測試、X射線光譜測試等手段對其進行性能表征以及機理分析。性能測試結果顯示，所合成的CoMo2S4在10 mA cm-2和100 mA cm-2電流密度下的過電位分別為55 mV和150 mV，其性能可媲美金屬Pt/C（20%）催化材料。深入的機理研究表明，CoMo2S4的主要析氫活性位點是Mo而不是Co，而Co在提高催化劑的導電性從而提高其析氫性能方面起著關鍵作用。X射線光電子能譜測試和狀態(tài)密度計算表明，Co的引入使催化劑中的電子離域化，使電子更容易傳遞，最終使催化劑具有更好的導電性能。該工作首次揭示了Co對提高Co-Mo-S催化劑體電導率的影響，凸顯了Co在提高Mo-S基材料電催化HER活性方面的潛力，同時為HER催化劑的設計提供了理論指導和數(shù)據(jù)支撐。
圖 CoMo2S4與金屬Pt/C電化學產氫性能對比（左）與CoMo2S4催化材料吸附H2O的晶體結構（右）
相關成果發(fā)表在自然指數(shù)期刊Advanced Functional Materials，同時被Chemistry Europe遴選為Hot Topic（Water Splitting）專題論文。測試分析所（中廣測）為第一和通訊作者單位，上述工作得到了國家自然科學基金，博士后創(chuàng)新人才支持計劃項目和廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金項目的支持。
論文信息：
Cheng, H., Liu, Q., Diao, Y., Wei, L., Chen, J., Wang, F., CoMo2S4 with Superior Conductivity for Electrocatalytic Hydrogen Evolution: Elucidating the Key Role of Co. Adv. Funct. Mater. 2021, 2103732.
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202103732
Hop Topic專題鏈接：
?。ㄊ】茖W院測試分析所 成暉、汪福憲/供稿）
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