By 
Дослідницька група під керівництвом Міського університету Гонконгу (CityU) досягла революційного прогресу в наноматеріалах, успішно розробивши високоефективний електрокаталізатор, який може значно підвищити генерацію водню шляхом електрохімічного розщеплення води. Цей прорив має великий потенціал застосування для промисловості чистої енергії.
Професор Чжан Хуа, професор кафедри наноматеріалів Германа Ху в CityU, і його команда розробили електрокаталізатор, використовуючи нанопластини дихалькогенідів перехідних металів (TMD) з нетрадиційними кристалічними фазами як опори. Електрокаталізатор демонструє високу активність і чудову стабільність в електрокаталітичній реакції виділення водню в кислому середовищі.
«Висновок нашого дослідження є значущим у тому сенсі, що водень, який утворюється в результаті електрохімічного розщеплення води, вважається одним із найперспективніших видів чистої енергії для заміни викопного палива в найближчому майбутньому, зменшуючи забруднення навколишнього середовища та парниковий ефект», — сказав професор Чжан.
Це важливе відкриття було опубліковано в журналі Nature під назвою «Фазозалежне зростання Pt на MoS2 для високоефективного виділення H2».
Професор Чжан сказав, що ключем до дослідження електрокаталітичного розщеплення води є розробка високоефективних і стабільних каталізаторів. Дуже важливо вибрати відповідний носій для покращення активності та стабільності каталізаторів під час процесу. Як новий двовимірний (2D) матеріал, нанопласти TMD викликають великий інтерес серед дослідників через їхні унікальні фізичні та хімічні властивості.
Було виявлено, що фаза є надзвичайно важливим фактором, який визначає властивості та функції нанолистів TMD. Наприклад, дисульфід молібдену (MoS2) зі звичайною фазою 2H демонструє напівпровідникові властивості, тоді як MoS 2 з нетрадиційною фазою 1T або 1T′ демонструє металеві або напівметалічні властивості, отже, має хорошу провідність.
Однак виробництво нанолистів TMD з нетрадиційною фазою з високою фазовою чистотою та високою якістю залишається складним завданням. Дослідження впливу кристалічної фази TMD на ріст інших матеріалів все ще знаходяться на ранній стадії. В останні роки дослідницька група професора Чжана розробила низку нових методів, таких як реакції твердого газу та синтезу за допомогою солі, і успішно підготувала низку кристалічних матеріалів високої фазової чистоти та високої якості TMD із нетрадиційним 1T′ фаза.
Завдяки своїм унікальним напівметалевим властивостям ці наноматеріали мають великий потенціал у застосуванні в області оптоелектронних пристроїв, каталізу, зберігання енергії та надпровідності. У цьому дослідженні команда успішно розробила новий метод підготовки нанолистів TMD з нетрадиційними фазами. Вони також досліджували залежне від кристалічної фази зростання благородних металів на нанолистах 1T′-TMD і 2H-TMD.
Вони виявили, що використання звичайного 2H-TMD як матриці полегшує епітаксіальний ріст наночастинок платини (Pt), тоді як нетрадиційний шаблон 1T′-TMD підтримує одноатомно дисперговані атоми Pt (s-Pt). На основі цих висновків команда розробила одноатомно диспергований атом Pt/1T′-фаза дисульфід молібдену (s-Pt/1T′-MoS2) каталізатор.
Щоб подолати обмеження транспортування маси каталізаторів на основі платини в електрокаталітичних реакціях виділення водню в кислому середовищі, команда прийняла для тестування вдосконалену технологію плаваючого електрода.
Їхні експериментальні результати показали, що каталізатор s-Pt/1T′-MoS 2 демонструє високу масову активність 85±23 А мг Pt-1 при перенапруженні -50 мВ і нормовану за масою густину струму обміну (127 А мгPt-1). Крім того, каталізатор може стабільно працювати протягом 500 годин у водному електролізері з протонообмінною мембраною, демонструючи багатообіцяючий потенціал застосування.
Команда систематично досліджувала залежне від фази зростання благородних металів на нанолистах 1T′-TMD і 2H-TMD і продемонструвала, що нанолисти 1T′-TMD можуть бути ефективними опорами для каталізаторів.
«Синтезований новий електрокаталізатор демонструє чудову активність і чудову стабільність в електрокаталітичній реакції виділення водню в кислому середовищі, і він відіграватиме надзвичайно важливу роль у розвитку екологічно чистої енергії в майбутньому», — сказав д-р Ши Женю, постдоктор кафедри Хімія та перший автор статті.
Отримані результати розширили сферу «фазової розробки наноматеріалів» (PEN), проклавши новий шлях для розробки та синтезу високоефективних каталізаторів. Професор Чжан сказав, що в майбутньому команда продовжить дослідження каталізатора на основі 1T′-TMD та його перспектив у промисловому застосуванні, щоб зробити внесок у чисту енергію та сталий розвиток.
Відповідними авторами є професор Чжан і професор Ентоні Р. Дж. Кучернак з факультету хімії Імперського коледжу Лондона. Цей дослідницький проект об’єднав співробітників з університетів та дослідницьких інститутів Гонконгу, материкового Китаю, Сінгапуру та Великобританії, показуючи важливість міжнародної співпраці для досягнення наукових проривів. Джерело
Comments