科學(xué)指南針文獻解讀系列-CEJ II MoP@Mo2C量子點異質(zhì)結(jié)高效雙功能電催化劑

文章背景水的裂解過程可分為兩個半電池反應(yīng)，即析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)。迄今為止，Pt基氧化物和Ir/Ru基氧化物被廣泛認(rèn)為是最活躍的HER和OER的電催化劑。然而，其儲量稀少、價格高、穩(wěn)定性差，阻礙了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用性。由于酸性介質(zhì)中H+含量較高，催化劑在酸性介質(zhì)中的HER催化活性高于堿性環(huán)境。在堿性介質(zhì)中，OER的活性更強，因為打破一個氧氫鍵比打破兩個鍵生成O2所需的能量更少。因此，很少有電催化劑在相同的介質(zhì)中同時實現(xiàn)HER和OER的高活性。Mo基材料不僅具有良好的催化活性，而且價格低廉、地球資源豐富。MoP納米粒子被證明是一種高效的HER電催化劑。此外，Mo2C納米粒子在KOH溶液中具有較高的HER和OER活性。三維多孔結(jié)構(gòu)可以在催化過程中實現(xiàn)快速的質(zhì)量/電荷轉(zhuǎn)移，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的存在可以觸發(fā)界面電子的自發(fā)轉(zhuǎn)移，從而調(diào)節(jié)兩種接觸組分的電子態(tài)。然而，如何將鉬基催化劑的各種優(yōu)點綜合起來，通過一種簡單的策略來制備HER/OER雙功能電催化劑仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，迄今為止，鮮有相關(guān)研究報道。文章詳情 廣西大學(xué)朱金良課題組等人報道了一種在N，P摻雜網(wǎng)絡(luò)骨架上耦合MoP-Mo2C量子點電催化劑。研究了MoP和Mo2C顆粒在三維多孔碳骨架上的分布，以及MoP-Mo2C耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的催化劑比表面積，孔結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)。此外，采用密度泛函理論(DFT)計算來確定HER過程的能壘。最后，在堿性條件下，評價了MoP-Mo2C/NPC作為HER和OER雙功能電催化劑的應(yīng)用，并與常用的Pt/C||RuO2/C體系進行了比較。結(jié)果與討論圖1是催化劑的結(jié)構(gòu)形貌表征，在27.9，32.2和43.1處觀察到尖銳的峰，分別對應(yīng)于六邊形相MoP的(001)、(100)和(101)晶面。在34.5、38.0和39.6處的其他強峰對應(yīng)于六方相Mo2C。SEM圖像可以明顯看出，MoP-Mo2C/NPC是一種由卷曲的，幾乎透明的超薄納米片組成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。TEM進一步證實了SEM結(jié)果，沒有觀察到明顯的顆粒，MoP和Mo2C點的尺寸為~2nm。XPS顯示在Mo三維區(qū)域的高分辨率擬合圖中，結(jié)合能在228.8eV和231.7eV處的峰值對應(yīng)MoP和Mo2C。在232.2和235.2eV處的峰值可歸為Mo4+，在232.8和235.9eV處的峰值可歸為Mo6+。Mo4+和Mo6+可以分別歸屬于MoO2和MoO3。圖3是MoP@Mo2C/NPC在1MKOH下的HER測試，10mAcm-2的過電位僅有176mV。圖4是MoP@Mo2C-NPC在1MKOH下的OER測試，100mAcm-2的過電位僅有330mV?？傊?，作者以KOH為活化劑，通過對Mo離子螯合樹脂進行簡單、低成本的一鍋熱處理，制備了均勻分布在N，P雙摻雜三維多孔碳片網(wǎng)絡(luò)上的量子點異質(zhì)結(jié)構(gòu)。密度泛函理論計算表明，MoP-Mo2C/NPC具有較低的|ΔGH*|值0.07eV，為MoP和Mo2C催化劑中最小的值。這項工作為設(shè)計和制備高效，低成本的水分解電催化劑提供了新的靈感。JiangE,LiJ,LiX,etal.MoP-Mo2Cquantumdotheterostructuresuniformlyhostedonaheteroatom-doped3Dporouscarbonsheetnetworkasanefficientbifunctionalelectrocatalyst