城大清洁能源高效电催化剂取得重大突破

城市大学(城大)领导的研究团队在纳米材料领域取得突破性进展，成功开发出一种高效电催化剂，可通过电化学水分解显着提高氢气的产生。

这一重大突破对于清洁能源产业具有巨大的应用潜力。

城市大学纳米材料讲座教授张华教授及其团队利用具有非常规晶相的过渡金属二硫属化物(TMD)纳米片作为载体，开发出一种电催化剂。该电催化剂在酸性介质中的电催化析氢反应中表现出优异的活性和优异的稳定性。

张教授说：“我们的研究结果意义重大，因为电化学水分解产生的氢气被认为是在不久的将来最有希望替代化石燃料的清洁能源之一，可以减少环境污染和温室效应。”

这一重要发现以“Phase-dependent Growth of Pt on MoS 2 for High effective H 2 Evolution”为题发表在权威期刊《Nature》上。

张教授表示，电催化水分解研究的关键是开发高效、稳定的催化剂。选择合适的载体对于提高催化剂的活性和稳定性具有重要意义。

作为一种新兴的二维(2D)材料，TMD纳米片因其独特的物理和化学性质而引起了研究人员的极大兴趣。研究发现，相是决定TMD纳米片性能和功能的极其重要的因素。例如，具有常规2H相的二硫化钼(MoS 2 )表现出半导体性质，而具有非常规1T或1T'相的MoS 2表现出金属或半金属性质，因此具有良好的导电性。然而，生产高相纯度和高质量的非常规相TMD纳米片仍然具有挑战性。TMD晶相对其他材料生长影响的研究仍处于早期阶段。

近年来，张教授研究团队开发了固气反应、盐辅助合成等多项新方法，成功制备了一批高相纯度、高质量的非常规1T′TMD晶体材料。阶段。由于其独特的半金属特性，这些纳米材料在光电器件、催化、储能和超导等地方具有巨大的应用潜力。

在这项研究中，团队成功开发了一种制备非常规相TMD纳米片的新方法。他们还研究了贵金属在 1T'-TMD 和 2H-TMD 纳米片上的晶相依赖性生长。他们发现，使用传统的2H-TMD作为模板，有利于铂(Pt)纳米颗粒的外延生长，而非常规的1T'-TMD模板则支持单原子分散的Pt原子(s-Pt)。基于这些发现，团队开发了单原子分散的Pt原子/1T'相二硫化钼(s-Pt/1T'-MoS 2)催化剂。

为了克服Pt基催化剂在酸性介质中电催化析氢反应中的传质限制，团队采用了先进的浮动电极技术进行测试。他们的实验结果发现，s-Pt/1T′-MoS 2催化剂在-50 mV的过电势下表现出85±23 A mg Pt -1的高质量活性 和质量归一化交换电流密度(127 A mg Pt -1)。此外，该催化剂在质子交换膜水电解槽中可稳定工作500小时，具有良好的应用潜力。

该团队系统地研究了贵金属在1T'-TMD和2H-TMD纳米片上的相依赖性生长，并证明1T'-TMD纳米片可以作为催化剂的有效载体。

化学系博士后石振宇博士表示：“合成的新型电催化剂在酸性介质中的电催化析氢反应中表现出优异的活性和优异的稳定性，它将在未来清洁能源的发展中发挥极其重要的作用。”以及该论文的第一作者。

该发现扩大了“纳米材料相工程”(PEN)的范围，为高效催化剂的设计和合成开辟了新途径。张教授表示，未来团队将继续开展1T′-TMD基催化剂及其工业应用前景的研究，为清洁能源和可持续发展做出贡献。