碳化氧鉬用於高效催化水裂解析氫

近期,四川大學與電子科技大學共同設計出了一種負載在碳化氧鉬(MoOC)上的銠(Rh)團簇,用於高效催化水裂解析氫,以解決現有電催化劑生產成本高和供應短缺的問題。

MoOC中O調控的電子微環境的示意圖(圖源:四川大學)

電解水制氫是一種高效、清潔的制氫技術,是最有潛力的大規模制氫技術之一,工作原理是水分子在直流電的作用下被解離生成氧氣和氫氣,分別從電解槽陽極和陰極析出,則陽極反應稱為析氧反應(OER),陰極反應稱為析氫反應(HER)。電解水制氫技術的特點是工藝簡單,原料易得,環保,氫氣純度高(~99.9%)等。

然而,在電解水制氫過程中需要一種高效的HER催化劑來克服水電解的高過電位。目前,常用的HER催化劑為貴金屬材料,如鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)和銠等,它們由於電子結構獨特,而對氫離子中間體有適當的吸附能。然而,貴金屬由於成本較高和稀缺性,而導致實際應用受到較大限制。

有鑒於此,研究者就製備出了一種負載在MoOC上的Rh團簇,有助於在酸性和鹼性條件下的析氫反應。研究表明,MoOC中存在明顯的從Rh向MoOC載體的電子轉移現象,導致Rh位點的缺電子構型,優化了氫結合能,從而增強了其固有的催化析氫活性和穩定性。當H2O分子吸附到Rh周圍時,氫氧根離子吸附在缺電子的Rh位點,而氫離子更容易沿著MoOC中的C吸附,這種獨特的構型,更有利於水的解離。

Rh對H2O的解離促進作用圖(圖源:四川大學)

相關研究成果已以“Molybdenum Oxycarbide Supported Rh-Clusters with Modulated Interstitial C–O Microenvironments for Promoting Hydrogen Evolution”為題發表在國際知名期刊Small上。

 

 

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