电解水制氢电极材料研发获突破

近日，中国科学技术大学教授俞书宏研究组开发出一步法合成技术，实现了二硒化钴和二硫化钼材料的化学嫁接，研制出析氢性能接近贵金属铂的水还原高效复合催化剂，而且稳定性优异，有望取代铂成为新一代廉价的氢电极材料。

将可再生能源(如太阳能、风能、水位能等)以氢为媒介存储、运输和转化可实现环境友好和可持续发展的经济构型。当前95%以上的氢气来自于化石燃料，而水作为氢的重要来源之一，从其提取出来的氢的总能量是地球化石燃料热量的9000倍。

将水电解制氢涉及两个重要的基本反应，即阴极水的还原和阳极水的氧化。然而，反应动力学的限制要求提供高于理论分解电压的过电压来加速两极反应，导致电能损失严重。一些贵金属如铂、氧化钌、氧化铷等能有效地降低反应活化能垒，提升反应速率，但是昂贵的价格限制其在电解水工业中的规模化使用。

该研究组运用一步法所制备的二硒化钴/二硫化钼复合催化剂表现出优异的水还原催化活性，在0.5M H2SO4电解质中交换电流密度达到7.3×10－2mA/cm2。研究发现，此两种材料的复合在界面处形成了新的钴－硫化学键。一方面，钴与硫的配位能够降低其对氢的吉布斯吸附自由能，从而增强其活性边位点对氢中间产物的吸附，增强其反应动力学;另一方面，硫与钴的相互作用也带来电催化协同效应，使原本具有一定水还原性能的二硒化钴的活性进一步增强。