慕瑾 催化开天地 2022-11-06 08:19 发表于江苏
电催化水电解产氢可以大规模生产高纯度的绿色氢气。其中，电极反应缓慢导致能量消耗过大，限制了整体效率。因此，寻找合适的析氢反应催化剂成为最关键的研究课题之一。锇(Os)作为最廉价的铂族金属，由于其对反应中间体吸附能力过强，很少用于电催化反应。
因此，必须用适当的手段调节Os基纳米材料的电子状态和随后的吸附行为，以最大限度地提高其内在催化活性。有文献报道，界面工程可以有效地调节关键中间体的电子态，增强/减弱其吸附行为，从而提高固有催化活性。
基于此，为了证明异质界面的独特性质，并进一步提高基于Os的纳米催化剂的效能，武汉理工大学木士春课题组首次系统地研究了Os/OsS2异质结构。研究人员通过理论计算证明了Os/OsS2异质界面的构建导致电子传导能力的提高、有利的电荷密度重分布以及由此产生的富电子界面，这种异质界面周围的缺电子位点伴随着负移动的d带中心，表现出与氢中间体的弱吸附行为，从而降低了解吸能垒，调节了催化剂的内在HER活性。
基于理论计算结果，研究人员通过共晶盐体系辅助的部分硫化策略，构建了Os/OsS2异质结构作为pH通用HER 催化剂。在酸性、碱性和中性介质中，Os/OsS2在10mA cm-2电流密度下的过电位分别仅需要29 mV、37 mV和58 mV，这可与商业Pt催化剂相媲美。更重要的是，Os/OsS2催化剂在酸性介质中10 mV和50 mV过电位下的活性分别为Pt催化剂的14.4倍和2.5倍。该项工作深入研究电子积累异质界面的结构-活性关系，可以为贵金属催化剂的合理设计提供有效的指导。
Electron Accumulation Effect over Osmium/Erlichmanite Heterointerfaces for Intensified pH-Universal Hydrogen Evolution. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c03102