李长明/戴黎明教授JMCA: 用于析氢反应的无金属光电催化剂- 大数跨境

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李长明/戴黎明教授JMCA: 用于析氢反应的无金属光电催化剂

科学材料站

2020-10-26

导读：该文对近期取得的进展和成就做了系统的总结和深思熟虑的讨论，并提供了该领域当前挑战和未来发展的总体前景。

用于析氢反应的无金属光电催化剂

第一作者：李天浩，胡涛

通讯作者：戴黎明*，李长明*

单位：西南大学, 苏州科技大学和新南威尔士大学

研究背景

氢气是满足未来能源需求的最重要的绿色可持续能源之一，它可以减少对石油、煤炭和天然气等化石燃料的依赖，成为应对环境污染的最终解决方案。氢气也是合成氨和石化工业中重要和广泛使用的化学原料。因此，每年对氢气的需求急剧增加。

目前，工业上有三种主要的制氢路线，即蒸汽-甲烷重整、煤气化和水裂解。不幸的是，前两种方法仍然消耗化石燃料，并有大量的二氧化碳排放。只有水裂解被认为是未来制氢的一条有前途的清洁绿色路线。它的原材料水资源丰富，可再生，为可持续氢生产提供了可能性。

此外，产品是氢气和氧气，防止对环境的二次污染。此外，分解水所需的电力可以通过将太阳能、风能和水力转化为可再生能源来获得。

文章简介

近日，西南大学李长明教授和新南威尔士大学戴黎明等在国际顶级期刊Journal of Materials Chemistry A (影响因子：11.301) 上发表题为“Metal-free photo- and electro-catalysts for hydrogen evolution reaction”的综述文章。

在这项工作中回顾了非金属析氢电和光电催化剂的近期进展和成就，并介绍了催化剂的理论计算、实验方法和基础研究的最新进展。特别是，中间态∆GH*的Gibbs自由能是一个包含性更强的描述符，通过超越密度泛函理论(DFT)计算的先进方法来考虑它的催化剂，精细的结构和高掺杂含量，可以极大地提高它的催化活性，但它使制备过程变得越来越复杂。因此，简单快速的制备路线是非常需要的，因而得到迅速发展。

理论计算已用于预测催化剂的构效关系，以指导良好的设计。不含碳的非金属催化剂也包括在本次综述中。该文对近期取得的进展和成就做了系统的总结和深思熟虑的讨论，并提供了该领域当前挑战和未来发展的总体前景。

本文要点

要点一：制备低成本、高效、稳定的催化剂，能够有效促进光催化或电催化水分解制氢，是绿色可持续能源生产和转化的关键问题之一。

要点二：首先，用于制氢的光催化剂和电催化剂的活性仍然相对低于贵金属基材料。其次，为了扩大用于大规模应用的光催化或电催化系统，需在大的电流下长时间运转，稳定性对于催化剂来说是相当必要的参数。第三，制备过程变得更加复杂，以具有各种高杂原子掺杂的精细结构。更深入的实验表征和理论计算对于解决这些问题和挑战至关重要。

要点三：非常具有挑战性的问题是设计具有高电活性或光催化活性的大面积的非金属催化剂修饰电极，同时在特别设计的孔结构中具有产生的氢气的快速质量气体传输速率，以避免高极化。

文章链接

Metal-free photo- and electro-catalysts for hydrogen evolution reaction

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta08704a#!divAbstract

通讯作者介绍

戴黎明，男，教授、博士生导师

1983年毕业于浙江大学高分子化工专业，获澳大利亚国立大学化学专业博士学位，现任新南威尔士大学化工学院Scientia 教授和澳大利亚Laureate Fellow。此前曾任凯斯西储大学先进碳材料科学与工程中心主任、Kent Hale Smith教授。研究领域包括合成、化学改性、共轭聚合物以及碳纳米材料的合成组装及其在能源和生物医学中的应用，特别是在阵列型碳纳米管的制备和应用研究方面，取得了世界瞩目的研究成果，现为该研究领域世界知名科学家之一。荣获美国科学研究荣誉协会颁发的“乔治•诺兰研究奖”、戴顿大学颁发的“优秀工程师和科学家奖”等，先后任多家国际知名学术期刊的编委、主编，英国皇家化学会会员等。

https://baike.baidu.com/item/%E6%88%B4%E9%BB%8E%E6%98%8E/58814?fr=aladdin

李长明教授，博士生导师

1970年毕业于中国科技大学，获武汉大学博士学位。现欧洲科学院院士、俄罗斯工程院外籍院士、美国医学与生物工程院院士，英国皇家化学学会会士，澳大利亚国立大学CRAIG访问教授，现苏州科技大学材料科学与工程学院院长，重庆市先进材料与洁净能源重点实验室主任。曾任美国摩托罗拉公司首席科学家，总公司科学顾问委员会成员，后任南洋理工大学终身正教授、生物工程系系主任、先进生物纳米系统中心主任, 大学学术委员会常委。他的研究包括功能材料（能源、生物）、清洁能源（锂电池，燃料电池，氢能源，超级电容器，太阳能电池等）、生物传感与芯片。已发表700多篇 SCI 顶尖论文，美国和中国等专利284项，国际/国内学术大会主题或邀请报告200多次，SCI 总引用37,000多次, H因子92，2014年来连续荣获汤森路透全球材料学科，科睿唯安全球交叉学科和爱思唯尔全球材料高被引科学家，先后任多家国际知名学术期刊的编委、主编等。

http://iceam.swu.edu.cn/viscms/iceamidex/lingjunrenwu0379.html