顶刊动态｜Nature 子刊/Angew/JACS等电催化材料进展暑期第二波【欧洲杯线上买球 周报第14期】

随着近年来随着欧洲杯线上买球 行业的快速发展，众多科学家都在致力于开发出可供实用的新型环保能源供人们使用，其中最为核心的电催化剂材料决定着整个行业的发展，高活性、高选择性、低廉的价格是大家一直梦寐的追求。接下来让我们一起来观赏近期在各大顶级期刊上的最新电催化研究进展吧。

1.Nature Communications：铑/硅弱弱联合成共催化剂在析氢反应中大于铂基催化剂

图1. Rh/Si纳米线上HER反应模型. a) HER反应机理图示：1)氢离子在铑表面的吸附.2)从铑表面到硅表面的氢原子的扩散. 3)在硅表面上的吸附的氢原子与质子发生反应，形成氢分子.铑吸附的氢可以迁移到硅原子的表面（标有红色圆圈）; b) IS，始态；c) TS，过渡态; d) FS,终态; e)活化能到达过渡态需要0.24 eV；终态吸附氢的能量比过渡态的低0.33 eV，比始态的低0.09 eV.

众所周知，铂基电催化剂是目前析氢反应的不二选择。但在析氢反应中，催化剂都遵循Sabatier原则，即氢吸附在催化剂表面上应该是适中的量，从而达到氢吸附和解吸之间的平衡。

为了更好地实现催化析氢反应，突破这一局限，最近，苏州大学功能纳米与软物质研究院邵名望教授（通讯作者）、李有勇教授（通讯作者）课题组选择铑/硅纳米线协同的催化剂，其中，氢吸附在铑上，而析氢反应发生在硅上。该材料拥有更高的活性和稳定性甚至超过铂碳催化剂。且数据表明硅在电催化中有着很大的作用。

此工作为开发无贵金属或少贵金属用量的催化剂提供了可靠的方向。

文献链接：A rhodium/silicon co-electrocatalyst design concept to surpass platinum hydrogen evolution activity at high overpotentials

2.Angew. Chem. Int. Ed.:催化CO₂转为碳基燃料有望供人们使用

图2.多晶银和银的氧化衍生物的电催化生成CO活性的比较.

为了将集中排放的CO₂用电化学方法转化为碳基的燃料，作为可再生的电力资源，达到碳循环的目的，很多科学家一直在致力于寻找一个廉价、稳定、高效且有选择性的催化剂来实现。

最近，代尔夫特理工大学化学工程系Wilson A. Smith教授（通讯作者）课题组在一个适中的过电位下，用银的氧化衍生物将CO₂还原为CO,催化选择性高达80%，相比于同条件下的银高很多。此研究表明高活性主要得益于羧基自由基的稳定，且由于该催化剂表面PH较高抑制了氢气的析出，故而有利于提高催化活性。

虽然该银氧化物的催化能力没有金的氧化物高，但是价格更低廉的银材料带给人们一个更实际的途径来大规模地还原CO₂。

文献链接：Selective and Efficient Reduction of Carbon Dioxide to Carbon Monoxide on Oxide-Derived Nanostructured Silver Electrocatalysts

3.Angew. Chem. Int. Ed.:基于MOFs形成多孔磷化钼的高效产氢

图3. a) 六种电催化剂的极化曲线; b) 由极化曲线计算的塔菲尔图; c) 三种电催化剂的电化学阻抗谱; (RS：电解质，RCT：电荷转移电阻) d) MoP@PC和Mo2C@PC的耐久性图.

现今，化石能源的快速消费导致了全球变暖和雾霾等环境问题。寻找可取代化石能源的清洁能源和可再生能源是当务之急。由电解水制氢产生的氢（H₂）作为一种新型的可再生能源和清洁能源，具有很大的优势。

最近，中国科学技术大学先进纳米催化剂中心的吴宇恩教授和清华大学化学系的李亚栋教授（共同通讯）报道了一系列多孔纳米结构碳催化剂，由碳催化剂与钼基复合材料（如Mo₂C，MoN和MoP）利用MOFs辅助策略形成杂化结构。这些钼基复合材料在0.5 M硫酸溶液中，MoP@多孔碳（MoP@PC）对析氢反应具有非常好的催化活性。这项研究提供了一系列的多功能粒子催化剂，这种结构让人们对能量转换和燃料电池催化有更深入的了解。

这项研究表明MOFs基复合材料在电催化应用方面具有很乐观的发展前景。

文献链接：Porous Molybdenum Phosphide Nano-Octahedrons Derived from Confined Phosphorization in UIO-66 for Efficient Hydrogen Evolution

4.Angew. Chem. Int. Ed.:铁锈做电极催化析氢反应

图4. 变废为宝，在电解液中通过电化学氧化还原循环回收生锈的不锈钢用作低成本、高效、独立的析氧反应（OER）电极。

电解水作为是一种解决日益增长的能源危机和环境污染问题很有前途的方法。然而，其整体效率却被动力学上缓慢的析氢反应严重阻碍。目前，最先进的OER电催化剂是RuO₂和IrO₂，但它们很稀缺且成本很高。

最近，中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室张新波教授（通讯作者）课题组提出用生锈的不锈钢板作为OER催化剂，利用水热法结合原位电化学氧化还原循环（EORC）的方法模拟和加速腐蚀过程，从而激活不锈钢成为OER电极。该电极有着较好的的OER性能。在长期使用后，电流的轻微退化可以通过电化学氧化还原循环立即原位修复。

该方法能有效地把生锈的不锈钢变为稳定、低成本和独立的OER电极。将为回收生锈的不锈钢转向新的增值应用打开崭新的途径，并且对建立一个资源可持续和环境友好型社会有很大的意义。

文献链接：In Situ Activating Ubiquitous Rust towards Low-Cost, Efficient, Free-Standing, and Recoverable Oxygen Evolution Electrodes

5.JACS：吸附在铂表面的氧化物的迁移率和反应活性

图5. 铂表面的表面吸附、迁移和解吸示意图. a) 吸附的氧化物是在铂或电解质的界面处的水解离吸附并沿相邻铂表面的扩散形成的. b)是 a)的展开图，显示出表面流动的驱动力实际上是表面吸附氧化物的浓度梯度.

在铂表面吸附的氧化物对表面吸附CO的氧化是至关重要的，这会使燃料电池中的铂催化剂失活。

最近，厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室詹东平教授（通讯作者）课题组通过采用纳米电极和微电极技术，观察Pt表面由H₂O解离吸附产生的氧吸附态的表面流动和吸附的氧化物与吸附的CO的表面反应。在CO表面氧化过程中，得到两个电流峰，这分别归因于Pt /电解质界面的CO氧化和相邻Pt表面上的吸附氧化物的表面流动。这些结果表明，吸附氧化物的表面迁移率在Pt催化剂的毒化和再生中起着重要的作用。

已经证明，通过利用纳米电极或超微电极技术可观测到Pt上的吸附氧化物与CO的表面反应，为了解表面反应的催化机理提供了有价值的信息。

文献链接：Mobility and Reactivity of Oxygen Adspecies on Platinum Surface

6.JACS：电催化析氢和高稳定性分子催化剂的机理研究

图6. 析氢催化循环的提出. 催化循环中E_PC(与Fe(C₅H₅)₂^0/+相比)是在乙腈中测得, pKa是在DMSO中测得.

最近，美国加利福尼亚大学化学系Jenny Y. Yang教授（通讯作者）课题组开发出一种水溶性镍配合物 [Ni(DHMPE)₂]²⁺用在pH值为1的电催化析氢反应中，有着高达10³s^-1的法拉第电流效率。该研究提出了通过组合还原两电子的二价镍，质子化生成[HNi(DHMPE)₂]⁺，并进一步质子化参与氢键的形成机理。

本文报道的高效催化剂可用于太阳能燃料，且其氢键形成机理的研究有助于进一步设计出新的高活性的催化剂。

文献链接：Electrocatalytic Hydrogen Evolution under Acidic Aqueous Conditions and Mechanistic Studies of a Highly Stable Molecular Catalyst

7.Adv. Funct. Mater.:载有硫化钼的氮掺杂碳纳米管上的稳定边缘活性位点

图7. a)由于S原子（圈起来的）的存在，MoS₂的顶部和边缘统一钝化；b）MoS₂簇垂直吸附到N-CS的晶胞俯视图；c) MoS₂簇垂直吸附到N-CS的侧视图，箭头表示用作计算△E_H.的H吸附点；d)不同催化剂相应的交换电流密度与△G_H的关系，交换电流密度来自Norskov等.

氢气可由水电解反应产生，水电解过程中使用碱性或酸性电解质作为导电介质。目前，酸性电解质中最佳电催化剂是非常稀缺的贵金属如铂及其复合材料，其表现出非常低的过电位和高的电流密度。

最近，瑞典于默奥大学物理系Thomas Wågberg教授和Eduardo Gracia-Espino博士（共同通讯）报道了一表面积非常大的杂化催化剂，其电极是由半结晶的硫化钼催化剂（MoS_2+x）负载到氮掺杂的碳纳米管（N-CNTs）组成的。掺杂氮使得具有半结晶结构的MoS_2+x的负载更加牢固，同时也能暴露出更多参与HER反应的活性位点。且杂化催化剂的连接成分可促进电子传递。

该研究成果发现的高性价比电催化剂，对于电解水产氢有很大的指导作用。

文献链接：Stabilizing Active Edge Sites in Semicrystalline Molybdenum Sulfide by Anchorage on Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes for Hydrogen Evolution Reaction

该文献汇总由材料人欧洲杯线上买球 学术小组 王化伟 供稿，参与欧洲杯线上买球 话题讨论请加入“材料人欧洲杯线上买球 材料交流群 422065952”，若想参与欧洲杯线上买球 文献解读和文献汇总、欧洲杯线上买球 知识科普和深度挖掘欧洲杯线上买球 学术产业信息，请加qq 2728811768。