电催化析氢材料研究领域最新进展

据北京时间网站消息：近日，商丘师范学院化学化工学院的王科峰博士在材料领域综合性权威期刊《Small》(SCI一区，影响因子9.598)上发表题为“Crystalline Ru0.33Se nanoparticles-decorated TiO₂nanotube arrays for enhanced hydrogen evolution reaction” (Small, 2018, doi: 10.1002/smll.201802132)的最新研究论文。该论文以商丘师范学院为第一作者单位，化学化工学院的瞿鹏教授为通讯作者，2016级新能源科学与工程专业的本科生王松珠也参与了论文的部分实验工作。

目前，析氢反应(HER)最高效的催化剂依旧为贵金属铂，但高昂的价格及相对短缺的资源储量，极大地限制了该催化剂在工业领域的大规模广泛应用。虽然非贵金属化合物被广泛用于电催化析氢反应且表现出优异的电催化活性，但是这些非贵金属类电催化剂的性能或耐久仍然低于贵金属类催化剂。虽然钌也是贵金属的一种，但其价格仅为铂的1/25，并且金属钌还可以高效地促进水的解离过程，因此采用极少的钌用量可以有助于获得高活性的电催化剂。本文作者以TiO2纳米管的阵列(TNA)为载体，通过简单的水热反应来沉积Ru0.33Se纳米粒子，最终得到Ru0.33Se@TNA复合体系，TiO2纳米管具有较大的比表面积和特定的电荷传输通道，因此Ru0.33Se纳米粒子负载于TiO2纳米管阵列上，可以有效的抑制纳米粒子间的团聚从而暴露更多的活性位点，进而降低电荷传输阻力，提高材料的电催化活性。Ru0.33Se@TNA作为析氢电极，在碱性介质中可以表现出优异的电催化活性。在电流密度达到10 mA cm-2时，所需的过电势仅为57 mV，这一过电势明显小于已在文献中报道的过渡金属化合物析氢电催化剂。同时该复合电催化剂还具有良好的稳定性，在电流密度为10 mA cm-2的条件下，进行连续电催化析氢反应，复合催化剂能够稳定运行10 h以上。作者的研究表明，在保证高析氢活性的前提下，可以降低贵金属用量，该研究可作为设计廉价高效电催化剂的一种新策略，从而为新型高效电催化材料的开发研制提供了新的思路。全文链接如下:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201802132。

本研究工作受到商丘师范学院博士启动经费、河南省教育厅高等学校重点科研项目的资助。化学化工学院以及生物分子识别与传感河南省重点实验室为本课题的开展提供了设备和资金支持。