蒋青教授AFM: 层状纳米多孔铜上的Mo-/Co-N-C复合纳米片作为多功能电催化剂助力高效水分解- 大数跨境

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蒋青教授AFM: 层状纳米多孔铜上的Mo-/Co-N-C复合纳米片作为多功能电催化剂助力高效水分解

科学材料站

2021-05-11

导读：该研究工作采用层状纳米多孔铜骨架上无缝定向的氮掺杂的碳锚定的Mo2N/CoN复合纳米片（Mo-/Co-N-C/Cu），作为碱性析氢反应（HER）的高效电催化剂。

文章信息

层状纳米多孔铜上的Mo-/Co-N-C复合纳米片作为多功能电催化剂助力高效水分解

First published: 30 April 2021

第一作者：Hang Shi, Tian Yi Dai

通讯作者：郎兴友* 蒋青*

单位：吉林大学

研究背景

过度的化石能源消费和排放已引发日益关注的环境污染和气候变化，亟待找寻一种绿色可持续的能源替代传统化石燃料。氢气(H2)作为一种绿色能源，被认为是清洁、高效、无碳排放的能源载体，备受青睐。

电解水制氢被认为是最有希望的绿色产氢途径之一，其主要涉及两个半反应：即析氢反应（HER）和析氧反应（OER）。发生于电极材料的固-液-气界面的HER和OER反应活性依赖于电催化过程中的几个关键步骤：电解质中分子/离子向催化活性位的质量传输，固体电极中导电载体与催化活性位之间的电子转移，以及活性位/电解质界面处的氧化还原反应。

Pt/C、Ir/C等商用催化剂本征活性优异，但是地壳储量有限、价格昂贵，限制了其广泛应用。发展价格低廉、具有电子及质子输运能力、本征催化活性高且结构坚实、稳定性优异的催化材料是解决电化学水分解制氢的关键。过渡金属氮化物(TMNs)凭借其独特的电子结构、高导电性和优异的化学稳定性，作为HER和OER催化剂引起了巨大的研究兴趣。

然而，基于传统低维纳米结构的TMNs电极材料不仅活性位点数量受限、也面临着离子传输动力学和电子输运能力等问题，而且在碱性或中性溶液中的析氢反应受额外的水解离步骤，常表现出较一般的电化学性能。因此，开发稳定的、高活性的电催化剂至关重要。

文章简介

基于此，吉林大学郎兴友教授、蒋青教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Mo-/Co-N-C Hybrid Nanosheets Oriented on Hierarchical Nanoporous Cu as Versatile Electrocatalysts for Efficient Water Splitting”的研究工作。

该研究工作采用层状纳米多孔铜骨架上无缝定向的氮掺杂的碳锚定的Mo2N/CoN复合纳米片（Mo-/Co-N-C/Cu），作为碱性析氢反应（HER）的高效电催化剂。

本文要点

要点一：异质结Mo2N/CoN纳米片作为双功能电催化活性中心，既能解离水，又能吸附/脱附氢中间体，而氮杂碳桥则利用Mo-/Co-N-C键和界面上的C/Cu紧密接触，在电催化活性中心和互连的Cu集流体之间进行电子转移。