二硫化钼基全pH电催化析氢材料研究进展

电解水作为一种绿色制氢技术备受关注,设计开发适用于全pH（pH=0~14）介质的高效、低廉的电催化剂,可实现减少能耗、简化装置构建和优化生产工艺。二硫化钼具有电子结构的可调性以及除贵金属外最合适的热力学活性,是极具前景的析氢材料之一。通过综述二硫化钼基全pH析氢材料的研究现状,涉及本征二硫化钼物性调节策略以及原子掺杂的表面工程和界面工程调制,阐明了相应的催化增强机制,揭示了制备全pH范围兼具活性和高电流稳定性的催化剂是电催化材料的发展趋势,并提出激活多级结构二硫化钼材料惰性基面、提高材料整体导电性、精准锚定单原子以及包覆多孔碳是设计高效全pH催化剂的根本策略。     

基于过渡金属电催化析氢催化剂的研究进展

随着人口快速增加,开发可持续能源已经成为当今世界的首要任务之一。氢气被认为是一种无污染、可再生的新能源,可以代替化石能源。氢气可以由电解水的电催化析氢半反应获得。传统的电催化析氢催化剂主要由贵金属构成,而贵金属稀少,价格昂贵,不适合大规模工业制氢。探索高效的非贵金属电催化析氢反应催化剂十分必要。基于过渡金属开发的电催化析氢反应催化剂引起广泛关注,综述基于过渡金属电催化析氢反应催化剂的研究进展,概述电解水原理,讨论基于过渡金属化物的电催化析氢反应催化剂材料的制备方法,包括硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物及其复合物。探讨增强催化剂电催化析氢活性的方法及基于非贵金属电催剂材料面临的挑战和前景展望。     

电沉积法制备碱性电解水镍基析氧电极的研究进展

在“碳达峰、碳中和”的目标下，绿氢成为极具前景的清洁能源。碱性电解水制取绿氢技术商业化程度最高，但由于析氧反应(OER)动力学过程缓慢且需要较高的过电位，成为制约电解水电极效率的主要瓶颈。商业电解槽中广泛使用的镍网或泡沫镍电极的OER性能仍有很大提升空间，在其上复合镍基催化功能层，开发新型高活性的析氧电极有利于提高电极效率，降低制氢成本。电沉积技术具有工艺简单、条件温和、利于放大生产自支撑电极的优势，成为工业化生产OER电极的理想工艺之一。本文综述了近年来利用电沉积技术制备的镍基析氧电极并用于碱性电解水的研究进展。采用电沉积技术在镍网或泡沫镍基底上制备镍(氢)氧化物、双金属及多元金属以及非金属掺杂的镍基催化剂作为催化功能层，通过增强催化功能层的电导率及金属间的协同作用、增加活性位点数量、减小扩散路径以及改变表面原子构型等方式提高镍基自支撑电极的OER性能。最后，展望了镍基自支撑电极在电解水领域的应用，同时指出了电沉积法制备电极材料存在的挑战。     

硫化物催化剂电催化析氢性能的研究进展

当今社会,清洁能源取代化石原料能源是一种主流趋势,制备清洁能源成为当下的热门话题。氢气作为优良的清洁能源,具有可再生、绿色环保、来源广泛等优点,成为制取的首要目标。常见的高效制氢方法是电催化析氢法,实验室中传统电析氢催化剂主要以贵金属为材料,因贵金属数量少且价格贵,以非贵金属材料硫化物代替价格昂贵的贵金属材料为切入点进行研究制取硫化物析氢催化剂,然而硫化物析氢催化剂相比于贵金属催化剂有着导电性能差、易聚团等缺点,针对以上问题进行研究,通过合成多种硫化物,对他们进行电化学和结构等测试,从多方面考虑制得析氢性能的优良和稳定性更好的催化剂,为制得电解析氢催化剂提供有效的理论指导。     

电沉积制备Ni-P非晶态催化电极上的析氢反应

用直接电沉积法在室温下制备出不同磷含量的Ni-P合金电极,用恒电流极化法研究了电极在20℃的1 mol/L KOH溶液中作为析氢反应阴极的催化性能,并用XRD及SEM方法研究了Ni-P合金镀层的组织结构. 实验结果表明,磷含量为8.49 at%的Ni-P合金电极具有优良的催化性能,在150 mA/cm2的电流密度下,析氢反应过电位最低,约为95 mV, 比纯镍电极低342 mV, 低电流密度区的Tafel斜率为65.4 mV/dec, 表现出良好的析氢催化活性, 这种高催化活性与镀层磷含量及组织结构有关.     

碱性电解水析氢电极的研究进展

电解水制氢将成为未来绿色制氢工业的核心技术。研究新型阴极材料以有效降低阴极过电位,对降低电解水能耗和设备成本、提高生产稳定性和安全性,具有十分重要的现实意义。本文主要对碱性水溶液电解制氢工业的析氢阴极材料进行综述。围绕电极结晶结构设计和尺寸结构设计两个主要的电极发展方向,重点介绍了3类基于电沉积制备技术的Ni基电极材料:合金析氢电极、复合析氢电极、多孔析氢电极。分析了当前析氢电极在实验研发与工业应用中存在的问题。指出采用电沉积法,制备催化活性更高且适用于工业电解环境的多元复合电极材料将是今后析氢电极发展的趋势。     

溶胶凝胶法制备二硫化钼干凝胶复合电极和电化学性能表征

通过溶胶凝胶法在泡沫镍表面滴涂二硫化钼干凝胶复合材料来制备析氢电极。通过改变不同的溶液配比来改变复合材料的形貌和结构,利用泡沫镍和复合材料的高催化性、高比表面积和高电导性的特性,研究不同形貌和结构的复合电极对析氢效果的影响。运用多种分析测试技术对制备的复合材料进行表征,并通过电化学方法对复合电极的析氢性能进行研究,研究表明当0.01 mol·L-1钼酸钠-0.4 mol·L-1硫脲配比溶液在水热反应下生成二硫化钼,然后通过溶胶凝胶法制备二硫化钼无机干凝胶滴涂在泡沫镍表面,复合材料的电催化析氢性能最好。     

NiCuP负载泡沫铜催化剂的制备及性能研究

氢气作为新能源被广泛利用，电解水制氢是未来氢能源利用最具潜力的手段，因此开发具有低过电位、高活性和稳定性的电催化剂来提升电解水体系的转化效率是制备氢能的关键。采用水热法制备NiCuP负载泡沫铜催化剂，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及电化学工作站对复合催化剂进行物相结构、微观形貌及电化学催化性能表征。结果表明：在140℃，水热合成18 h制备出晶粒分布均匀的三维树枝状催化剂，催化剂主要由晶态金属镍、晶态Ni₂P、晶态Cu₃P构成。对NiCuP负载泡沫铜电极进行电化学分析，当电流密度为10 mA·cm^-2时NiCuP负载泡沫铜电极的过电位为144 mV；在电流密度为100 mA·cm^-2时NiCuP负载泡沫铜电极的过电位为254 mV，均比空白电极低，表明NiCuP基催化剂具有一定的催化活性。三维树枝状形貌NiCuP负载泡沫铜复合催化剂的形成增加了活性位点数，大大提高了析氢效率。     

电催化析氢催化剂研究进展

氢能热值高和环境友好性强等特点使其成为未来能源界最具发展潜力的能源之一。电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）作为一种绿色、可持续的产氢方法成为近年来广泛研究的主题。发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是目前该领域面临的主要挑战。本文总结了近年来高性能催化剂用于HER反应的进展,重点介绍HER反应的基本原理,评估HER催化剂催化性能的典型方法,过渡金属以及化合物、非金属催化剂以及单原子催化剂等电催化析氢催化剂的最新研究进展,系统讨论了催化活性与催化剂形态、结构、组成和合成方法之间的联系,并对催化剂的合成策略、活性位点的固有活性、如何提高活性中心的内在活性和活性位点的数量进行了展望。     

福建物构所电解水制氢研究取得新进展

<正>电解水制氢是实现可持续氢经济的一项重要能源技术。它能够由多种可再生能源转变的电能驱动实现清洁、快速、集中地生产高纯度的氢气,从而实现将时间、空间分布不均匀的可再生能源转换为稳定的化学能。电催化剂是提高电解水系统能源效率的关键部分。开发廉价、高性能的析氢和析氧催化剂是促进电解水系统大规模化应用的基础。在中国科学院战略性先导科技专项的资助下,中科院福建物质结构研究所结构化学国家重     

Oxygen-deficient MoOx/Ni3S2 heterostructure grown on nickel foam as efficient and durable self-supported electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

High-performance and ultra-durable electrocatalysts are vital for hydrogen evolution reaction (HER) during water splitting. Herein, by one-pot solvothermal method, MoO_x/Ni₃S₂ spheres comprising Ni₃S₂ nanoparticles inside and oxygen-deficient amorphous MoO_x outside in situ grow on Ni foam (NF), to assembly the heterostructure composites of MoO_x/Ni₃S₂/NF. By adjusting volume ratio of the solvents of ethanol to water, the optimized MoO_x/Ni₃S₂/NF-11 exhibits the best HER performance, requiring an extremely low overpotential of 76 mV to achieve the current density of 10 mA∙cm^‒2 (η₁₀ = 76 mV) and an ultra-small Tafel slope of 46 mV∙dec^‒1 in 0.5 mol∙L^‒1 H₂SO₄. More importantly, the catalyst shows prominent high catalytic stability for HER (> 100 h). The acid-resistant MoO_x wraps the inside Ni₃S₂/NF to ensure the high stability of the catalyst under acidic conditions. Density functional theory calculations confirm that the existing oxygen vacancy and MoO_x/Ni₃S₂ heterostructure are both beneficial to the reduced Gibbs free energy of hydrogen adsorption (|∆G_H*|) over Mo sites, which act as main active sites. The heterostructure effectively decreases the formation energy of O vacancy, leading to surface reconstruction of the catalyst, further improving HER performance. The MoO_x/Ni₃S₂/NF is promising to serve as a highly effective and durable electrocatalyst toward HER.     

MoS2基单原子催化剂的合成及其在电催化中的应用

电催化由于反应条件温和、反应速率较快等优势,在能源存储与转化、高值小分子合成等领域具有极大应用前景。因此,设计开发高效的电催化剂是推动电催化反应工业化的核心问题。二硫化钼(MoS₂)以其低成本、可调的电子性质和优异的化学稳定性,被认为是用于电催化的最有前景的候选材料之一。同时,单原子催化是一种功能强大、极具吸引力的技术,成本显著降低,且具有优异的催化活性。本文首先综述了MoS₂基单原子催化剂的制备策略,包括电化学沉积、湿化学浸渍、水热/溶剂热和氢气等离子体还原。其次,在此基础上重点介绍了相应催化剂在电催化领域的应用。最后,从单原子改性、机理研究、合成工艺三个方面讨论了新的研究方向和未来趋势,即制备多金属MoS₂基单原子催化剂,深度表征和计算澄清反应机理,开发绿色环保的合成工艺等。     

MoS_2基催化剂上生物质基合成气制乙醇

生物质作为重要的可再生绿色能源,由于资源丰富,分布广泛,S、N含量低,CO_2零排放等优点,必将为实现可持续发展起到举足轻重的作用。乙醇作为一种最具潜能的汽油添加剂及化石燃料替代品,具有辛烷值高,无污染等优点。因此,催化生物质基合成气制乙醇作为可再生能源开发的途径之一,极具研究价值及工业价值。综述MoS_2基催化剂上生物质基合成气制乙醇的重要研究进展,指出利用合成气催化制乙醇的效率还有待进一步提高,尚未达到实际应用要求。改性MoS_2基催化剂对乙醇选择性较高,但烃类及CO_2副产物较多。为了促进乙醇的生成,今后合成气催化制乙醇应深入系统的研究碱金属和过渡金属共同促进的MoS_2基催化剂,并借助科学技术发展运用新方法和新思路,制备高效、稳定的催化剂。     

Tuning the electronic structure of NiCoP arrays through V doping for pH-universal hydrogen evolution reaction electrocatalyst

The exploration of cost-effective, high-performance, and stable electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) over wide pH range (0–14) is of paramount importance for future renewable energy conversion technologies. Regulation of electronic structure through doping vanadium atoms is a feasible construction strategy to enhance catalytic activities, electron transfer capability, and stability of the HER electrode. Herein, V-doped NiCoP nanosheets on carbon fiber paper (CFP) (denoted as V_x-NiCoP/CFP) were constructed by doping V modulation on NiCoP nanosheets on CFP and used for pH-universal HER. Benefiting from the abundant catalytic sites and optimized hydrogen binding thermodynamics, the resultant V₁₅-NiCoP/CFP demonstrates a significantly improved HER catalytic activity, requiring overpotentials of 46.5, 52.4, and 85.3 mV to reach a current density of 10 mA·cm^–2 in 1 mol·L^–1 KOH, 0.5 mol·L^–1 H₂SO₄, and 1 mol·L^–1 phosphate buffer solution (PBS) electrolytes, respectively. This proposed cation-doping strategy provides a new inspiration to rationally enhance or design new-type nonprecious metal-based, highly efficient, and pH-universal electrocatalysts for various energy conversion systems.     

MoS2基催化剂加氢脱硫反应活性相和作用机理研究进展

加氢脱硫工艺在清洁油品生产过程中发挥着重要作用，而MoS₂基催化剂是加氢脱硫的主要催化剂，因此对MoS₂基催化剂活性相和催化反应机理的深入研究有助于从原子层面上对催化剂进行优化设计。本文首先介绍了国内外有关MoS₂基催化剂活性相形貌结构的研究，着重探讨了硫化气氛、助剂和载体类型对活性相结构的影响，以及现有表征技术在MoS₂基催化剂活性相形貌结构研究中所面临的挑战，总结了不同条件下活性相的微观结构特征；同时，从MoS₂基催化剂的活性相组成和结构角度分析了噻吩的加氢脱硫机理，发现了加氢脱硫活性与催化剂微观结构之间的紧密联系；最后展望了理论计算在设计和开发高效加氢脱硫催化剂过程中的重要指导作用。     

Morphology and orientation of MoS2 clusters on Al2O3 and TiO2 supports and their effect on catalytic performance

The catalytic performance of MoS₂-based hydrotreating catalysts strongly depends on their morphology and orientation on the support. The effects of the morphology and orientation of MoS₂ clusters on supports, typically Al₂O₃ and TiO₂, on the catalytic performance are reviewed here, focusing on recently reported epitaxial relationships at the interface between MoS₂ clusters and the support.     

Metal-organic framework-derived Ni doped Co3S4 hierarchical nanosheets as a monolithic electrocatalyst for highly efficient hydrogen evolution reaction in alkaline solution

Hierarchical nanostructure construction and electronic structure engineering are commonly employed to increase the electrocatalytic activity of HER electrocatalysts. Herein, Ni doped Co₃S₄ hierarchical nanosheets on Ti mesh (Ni doped Co₃S₄ HNS/TM) were successfully prepared by using metal organic framework (MOF) as precursor which was synthesized under ambient condition. Characterization results confirmed this structure and Ni incorporation into Co₃S₄ lattice as well as the modified electronic structure of Co₃S₄ by Ni doping. Alkaline HER performance showed that Ni doped Co₃S₄ HNS/TM presented outstanding HER activity with 173 mV overpotential at -10 mA·cm^-2, surpassing most of metal sulfide-based electrocatalysts. The hierarchical structure, superior electrical conductivity and electronic structure modulation contributed to the accelerated water dissociation and enhanced intrinsic activity. This work provides a new avenue for synthesizing hierarchical nanostructure and simultaneously tuning the electronic structure to promote HER performance, which has potential application in designing highly efficient and cost-effective HER nanostructured electrocatalyst.     

合成气制低碳醇用催化剂的研究进展

合成气选择催化合成低碳混合醇等清洁燃料是能源化工领域的研究热点,高选择性、高活性并具有优良稳定性的催化剂的设计与开发是低碳醇合成技术的关键。本文对目前研究相对集中的改性甲醇合成催化剂、Cu-Co基以及MoS₂基低碳醇合成催化剂进行了综合评述,系统总结了不同催化剂体系的研究现状,分析了当前合成低碳醇用催化剂领域的热点和难点问题,并指出了低碳醇合成催化剂在今后一段时间内的发展方向。     

Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料制备及其电催化析氢性能

开发高效、稳定的电催化剂是实现电解水制氢反应(HER)的关键。成功制备以炔基化的聚乙烯醇(alkyne-PVA)改性的单层氧化石墨烯(GO)载体,以硼氢化钠为还原剂,将钯纳米颗粒(Pd-NPs)负载在碳基材料上,合成Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料。通过SEM、TEM、XRD、N₂吸附-脱附和XPS对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel 斜率,分析所合成催化剂的电催化析氢性能。结果表明Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料在酸性电解质中的电催化性能较好,其在电流密度为-10 mA·cm^-2时,过电位仅为-80 mV。