电解水产氢催化剂的研制取得重大进展

近日，我室曾杰教授课题组开发出了一种廉价、高效、稳定的电解水产氢催化剂。他们通过界面调控，设计出一种二硫化钼-黑磷杂化的纳米片催化剂，在电解水产氢反应中表现出高活性和高稳定性，能够大幅降低成本，加快电解水产氢技术的商业化应用进程。该成果以“Molybdenum disulfide-black phosphorus hybrid nanosheets as a superior catalyst for electrochemical hydrogen evolution”为题，发表在《纳米快报》杂志上（Nano Lett. 2017, 17, 4311-4316），论文的共同第一作者是博士研究生何嵘和硕士研究生华健。

化石能源的广泛利用造成了能源短缺、环境污染等诸多问题。社会的可持续发展需要进行能源结构的调整，寻求更为清洁且可再生的替代能源。作为一种可再生能源，氢气热值高，且被利用后的产物仅为水，因此其被认为是未来最理想的能源形式。氢气的来源多样化，其中电解水的方式由于效率高、无需消耗化石能源、产物纯度高等优点广受关注。目前，电催化制氢通常选用贵金属铂作为催化材料，高成本和低储量是制约该技术走向规模化应用的主要障碍。因此，开发产氢效率高的廉价、高效电催化剂是催化领域的研究热点。

针对这些问题，研究人员借助于界面调控技术，近期设计并合成出一种廉价高效的二硫化钼-黑磷杂化的纳米片催化剂。在该催化剂中，由于二硫化钼和黑磷界面处存在电荷转移现象，富集电子的硫化钼部分成为了高活性的催化中心。研究表明，这种新型催化剂在达到10毫安每平方厘米的电流密度下，所需要的过电位仅有85 mV，已经接近了商用的铂碳催化剂。同时该催化剂在循环使用10,000次或是连续使用3个多小时后，催化剂本身没有明显变化，催化活性也基本没有损失。

该项研究得到了中科院前沿科学重点研究项目、国家重大科学研究计划、国家自然科学基金等项目的资助。

二硫化钼-黑磷杂化纳米片及其电解水产氢反应性能