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含硼烯水裂解催化劑：從MoS2到MoB2，不止是S變?yōu)榱薆！

來(lái)源: X-MOL 2017-07-27 16:22:08

發(fā)展水裂解制氫的關(guān)鍵技術(shù)之一是催化材料的革新。在過(guò)去10年里，非貴金屬水裂解催化劑的研發(fā)已經(jīng)取得了一系列重要進(jìn)展。其中，最經(jīng)典的水裂解析氫催化劑MoS2得到了廣泛的研究。MoS2具有層狀二維晶體結(jié)構(gòu)，作為電催化劑，其顯著的缺點(diǎn)是導(dǎo)電性差和活性位密度低。

針對(duì)MoS2材料的結(jié)構(gòu)特性和存在的問(wèn)題，吉林大學(xué)無(wú)機(jī)合成與制備化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的鄒曉新（點(diǎn)擊查看介紹）課題組與吉林大學(xué)的陳巍（點(diǎn)擊查看介紹）課題組、朱品文（點(diǎn)擊查看介紹）課題組以及羅格斯大學(xué)Asefa（點(diǎn)擊查看介紹）課題組合作，系統(tǒng)研究了多個(gè)三維結(jié)構(gòu)Mo-B相（α-MoB2、β-MoB2、MoB、Mo2B）的高溫高壓合成、結(jié)構(gòu)解析與水裂解析氫性質(zhì)。其中，含有硼烯亞單元結(jié)構(gòu)的α-MoB2表現(xiàn)出最優(yōu)的催化性能。他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)：（1）α-MoB2材料具有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)能力，與貴金屬Pt相當(dāng)（電阻比較：α-MoB2, 6.6 ± 1.7 × 10-7 Ω?m; Pt, 1.1 × 10-7 Ω?m）；（2）α-MoB2理論模型表面析氫活性位點(diǎn)的密度和活性甚至高于Pt（111）表面；（3）α-MoB2表現(xiàn)出很高的交換電流密度（0.132 mA/cm2），略低于Pt/C催化劑（0.989 mA/cm2），比MoS2材料高出1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；（4）α-MoB2可以在較小的過(guò)電勢(shì)下（334 mV）獲得實(shí)際應(yīng)用中期許的1000 mA/cm2 級(jí)電流密度。

（a）MoS2與α-MoB2的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)比；（b）α-MoB2、MoS2和Pt析氫活性位點(diǎn)活性與密度的比較；（c）α-MoB2與Pt/C催化活性的比較

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