PNAS：用于Tafel型碱性析氢的具有桥接氧复合非贵金属催化剂

NavyLIu

2022-12-29

使用氢气作为燃料是应对能源危机和减少温室气体排放的有效途径。碱性析氢反应（HER）是获得高能量密度绿氢的一种重要方式，然而，即使使用的贵金属催化剂也难以获得高催化效率。近日，中科院金属所刘岗、苏州大学耿凤霞报告了一种仅使用非贵金属元素的三组分催化系统，该系统由氧化钴簇和负载在氧阴离子端接的二维MXene上的单个钼原子组成，使其能够在碱性电解质中通过动力学快速的Volmer–Tafel过程生成氢气。

本文要点：

1) 该催化剂的三种组分通过桥接氧连接，而桥接氧将水分解过程中产生的H*吸附在氧化钴上，并将其传递给钼单原子催化剂。在Mo原子上，由于这种独特的配位环境，中继的H*中间体直接结合和脱附，通过Tafel途径实现H₂生成。

2) 桥接氧的存在增加了催化剂的酸度，其作为Brønsted酸，具有可逆吸附和质子捐赠特性，从而可以有效避免添加酸，并确保了优异和可持续的碱性HER性能，且该催化剂性能与商业贵金属催化剂PtRu/C相当。该工作为设计用于碱性HER电催化的高效非贵金属催化剂做出了重要贡献。

参考文献：

Chen Zhigang et.al Composite non-noble system with bridging oxygen for catalyzing Tafel-type alkaline hydrogen evolution Proc Natl Acad Sci U S A 2022

DOI: 10.1073/pnas.2209760120

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2209760120