電解水制氫的提效降耗屬于國(guó)際前沿課題。氫氣具有能量密度高和燃燒產(chǎn)物清潔等優(yōu)點(diǎn)，氫能源在實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)中起到重要的作用。電解水制氫因其工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、氫氣純度高和能量利用率高而備受關(guān)注，但高能耗是制約其發(fā)展的瓶頸。

近日，我校王亮教授團(tuán)隊(duì)提出了一步化學(xué)還原直接制備聚（丙烯胺鹽酸鹽）（PAH）表面功能化的富缺陷和多孔Ir金屬烯（Ir@PAH）的合成方法，并應(yīng)用于電催化酸性析氫反應(yīng)。該成果以“Surface Engineering of Defective and Porous Ir Metallene with Polyallylamine for Hydrogen Evolution Electrocatalysis”為題，于2022年3月8日被《Advanced Materials》在線(xiàn)報(bào)道。

該研究工作通過(guò)發(fā)展高效電催化劑為電解水制氫提效降耗這一前沿科學(xué)問(wèn)題提供了獨(dú)特的解決方案。電解水過(guò)程中的陰極析氫反應(yīng)依賴(lài)于電解質(zhì)的pH值，在酸性介質(zhì)中，所制備的催化劑中含有大量的質(zhì)子有利于制氫。目前，Pt被認(rèn)為是最好的HER電催化劑，但其成本高且在酸性電解質(zhì)中容易腐蝕，嚴(yán)重限制了氫工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)高效和穩(wěn)定的酸性析氫電催化劑具有重要的意義。最近，一類(lèi)新型超薄二維金屬材料（金屬烯）由于其可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)在電催化領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。盡管金屬烯材料作為析氫電催化劑展現(xiàn)出巨大的潛力，但其催化活性和穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步提高。

浙江工業(yè)大學(xué)王亮教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于能源電催化研究領(lǐng)域。該工作通過(guò)表面功能化修飾有效地提高了Ir金屬烯的電催化活性和穩(wěn)定性。獨(dú)特的富缺陷和多孔二維超薄納米片結(jié)構(gòu)賦予了Ir@PAH大的比表面積、高導(dǎo)電性和優(yōu)異的質(zhì)量傳輸/擴(kuò)散能力。并且，表面功能化的PAH分子可以通過(guò)強(qiáng)的Ir-N相互作用來(lái)調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，并作為質(zhì)子載體有效地捕獲水合氫離子中的H+以形成富含質(zhì)子的中間體。獨(dú)特的金屬烯結(jié)構(gòu)和Ir-PAH界面的優(yōu)勢(shì)使Ir@PAH具有優(yōu)異的電催化析氫性能。在10 mA cm-2電流密度下的過(guò)電位僅為14 mV，Tafel斜率低至31.2 mV dec-1，穩(wěn)定性測(cè)試后幾乎沒(méi)有活性衰減。該研究工作為電解水制氫提供了高效的電催化劑。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21776255，21972126，21978264和21905250）資助，主要由我校化學(xué)工程學(xué)院王亮教授和王鴻靜副教授帶領(lǐng)博士后鄧凱、研究生周同慶、研究生毛琪祺等歷時(shí)一年半完成。《Advanced Materials》是工程與計(jì)算學(xué)科、材料與化學(xué)領(lǐng)域的頂尖期刊，在國(guó)際材料領(lǐng)域科研界享譽(yù)盛名，該期刊最新影響因子為30.849。

文章鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202110680

《先進(jìn)材料》刊登我校王亮教授團(tuán)隊(duì)最新研究進(jìn)展

Ir@PAH金屬烯的形貌和成分表征

Ir@PAH金屬烯的電催化制氫性能測(cè)試

王亮教授（左一）指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)

 化學(xué)工程學(xué)院工業(yè)催化學(xué)科能源電催化團(tuán)隊(duì)