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Chem. Asian J. :用于提升MoS2电化学析氢性能的表/界面工程

氢具有高热值且其燃烧产物是无污染的,是最有希望代替化石燃料的清洁能源。以可再生能源为动力的电解水是大规模制备高纯度绿氢的最有前景的方式,但电极反应动力学缓慢。因此,高效电催化剂的开发对于促进大规模电解水制氢技术的发展具有重要意义。层状MoS2具有成本效益和优异的催化性能,被认为是最有希望取代铂的HER催化剂。表面工程和界面工程可以诱导MoS2具有新的理化性质,从而大大提高MoS2的HER活性。


近日,北京化工大学于乐教授团队和上海大学袁帅教授团队详细总结了表面和界面原子分子工程用于提高二硫化钼(MoS2)基材料催化剂的析氢催化活性的最新进展。重点探讨了应用缺陷、掺杂、应变、原子调控、纳米结构、层间调控、复合材料、异质结构、相调控、电子结构工程优化MoS2催化性能的代表性工作。此外,还对改性的MoS2催化剂在大规模应用中存在的一些问题进行了讨论。


MoS2催化剂的结构/组成设计策略示意图

表面工程

表面工程是通过改变材料表面附近的微观结构或成分来改善与表面有关的材料性能。二维材料有着原子尺度的厚度,几乎所有的原子都被暴露在表面上。因此,通过在材料中引入单个原子、缺陷和应变,或在表面构建分子自组装层,可以更有效地修改表面结构。本文将从缺陷、掺杂、应变、原子级别调控和纳米结构五个方面介绍表面改性策略。


界面工程

通过活性组分与载体之间的界面工程实现复合结构,也可以提高电催化剂的活性和稳定性。界面工程可以改变局部的配位环境和电子结构,产生调节中间吸附、控制电荷转移和传质以及防止催化剂团聚的作用,从而加速催化过程。通过界面工程开发电催化剂具有极大的改善电化学性能的潜力,这使其成为电催化领域的研究热点。本文将从层间调控、相调控、复合材料、异质结构和电子结构调控五个方面介绍界面改性策略。


结论与展望

本文针对MoS2在电催化应用中面临的关键问题,从表面工程和界面工程两方面综述了近年来改善MoS2析氢性能的改性策略。虽然这些策略有效地提高了MoS2的催化性能,并取得了长足的发展和瞩目的成就,但将MoS2投入实际工业应用仍存在一些问题,如:

1、在实际应用中,催化剂必须具有优异的长期稳定性和较强的耐腐蚀性,这就要求材料具有超强的电催化稳定性。

2、一些改性策略的反应条件严格且复杂,不易实现改性MoS2的批量生产。

3、改性MoS2催化剂HER的活性虽然明显提高,但在碱性介质中仍难以超过贵金属Pt。

文信息

Surface and interface engineering strategies for MoS2 towards electrochemical hydrogen evolution

Yiming Ding, Nian-Wu Li, Shuai Yuan, Le Yu

文章第一作者为北京化工大学硕士研究生丁一明


Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202200178



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