La falta de catalizadores de evolución de hidrógeno rentables basados en Pt y de tipo Pt bajo es un factor importante en la aplicación comercial de la electrólisis de hidrógeno durante décadas. Las dificultades actuales son: falta de solución simultánea de actividad intrínseca del catalizador, densidad del sitio activo, conductividad y Estrategia para los problemas de estabilidad: los catalizadores de bajo / no Pt pueden lograr una verdadera aplicación en la catálisis HER solo cuando se abordan simultáneamente los problemas de conductividad electrónica, densidad del sitio activo, actividad intrínseca y estabilidad.
Recientemente, Xing Wei, investigador del Instituto Changchun de Química Aplicada, Academia China de Ciencias, combinado con Shanghai Light Source y Southeast University para abordar conjuntamente el sistema de evolución de hidrógeno MoS2, inició un método de dopaje redox de interfaz espontánea para activar el disulfuro de molibdeno (MoS2) con una baja cantidad de átomos de paladio. La superficie inerte tiene un material catalítico HER estable y de bajo costo y alta eficiencia. El dopaje con Pd reemplaza al sitio Mo, introduce simultáneamente vacantes de azufre e induce una transición de fase MoS2 para formar una estructura 1T estable. Los cálculos teóricos muestran que está ubicado cerca del sitio de paladio. El átomo de azufre exhibe una baja energía de adsorción de hidrógeno (ΔGH = -0.02eV). El MoS2 final dopado con solo 1% en peso de paladio exhibe un sobrepotencial de evolución de hidrógeno ultra bajo (el sobrepotencial correspondiente a 10mA · cm-2 es solo de 78mV) y alto. La densidad de corriente (805μA · cm-2) se intercambia, y tiene una buena estabilidad, lo que hace posible reemplazar Pt / C comercial. En la actualidad, el catalizador tiene el rendimiento más alto de HER en los materiales basados en MoS2 dopados con heteroátomos publicados en la literatura. El desarrollo se publicó en Nature-Communication sobre el tema de la activación química de MoS2 a través del dopaje interfacial de paladio atómico espontáneo hacia la evolución eficiente del hidrógeno (Nature Communications, 2018, 1, 9). , 2120).
En términos de catalizadores de bajo Pt, el grupo de investigación estudió recientemente nanopartículas de PtRu de superficie enriquecidas con Pt, en las cuales el PtRu se incrusta parcialmente en la superficie de las esferas de carbono para formar un catalizador de hidrógeno altamente eficiente. Utilizando la polimerización, optimizando el tiempo de adición del precursor (6 h óptimo) La aleación PtRu (PtRu @ RFCS-6h) parcialmente incrustada en esferas de carbono de resina fenólica, Pt se precipita preferentemente sobre la superficie de la aleación PtRu en atmósfera reductora a alta temperatura para formar nanoclusters de Pt con un tamaño de partículas más pequeño. Se proporciona un gran número de sitios catalíticos de Pt bajo la premisa de estabilidad. Los experimentos muestran que el sobrepotencial de HER del catalizador PtRu @ RFCS-6h en el sistema 0.5MH2SO4 (19.7mV y 43.1mV respectivamente a 10 y 100mA · cm-2 de densidad de corriente), El TOF (4.03H2s-1), la pendiente de Tafel (27.2mVdec-1) y la estabilidad son mejores que los catalizadores Pt / C comerciales. Los resultados muestran que los trazas de nanoclustres de Pt enriquecidos en la superficie de la aleación PtRu se pueden reducir de manera efectiva. La energía de adsorción de H es beneficiosa para la disociación de protones hidratados. Además, el proceso de preparación del catalizador es simple, la carga de metal precioso Pt es 99.9% menor que la del catalizador comercial Pt / C, y el costo es solo del 2% del catalizador comercial Pt / C, que es un Pt comercial alternativo. / C ofrece la posibilidad Los resultados se publican en Energy & Environmental Science, titulado Rendimiento electrocatalítico mejorado para la reacción de evolución del hidrógeno a través del enriquecimiento de la superficie del nanoclúster de platino que se alea con rutenio in situ incrustado en carbono (Energy & Environmental Science, 2018, 5, 11, 1232-1239).
Mecanismo de Pd dopaje espontáneo de MoS2.
Estructura y propiedades del catalizador Pt de carga ultrabaja sintetizado.
