Angew. Chem. :铑金属烯表面原子级分散氧化钼实现高效碱性析氢

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电解水析氢(HER)是最富前景的产氢方式之一。通常,在碱性介质中HER速率比酸性介质中低2~3个数量级。这是因为酸性HER可以直接从介质中获得可直接使用的H*质子,而碱性HER必须通过水解离产生H*质子,再进行后续反应。碱性条件下迟缓的HER动力学过程亟需要高效的催化剂既可以实现水的高效解离,又可以优化氢的吸附,促进HER进程。


Pt族材料虽然具有优异的氢吸附能,但是这类材料在碱性中往往受限于水的解离步骤,导致碱性析氢性能不是很理想。虽然金属氧化物可以实现高效的水裂解过程,但对氢的吸脱附是低效的。因此,如能有效集成Pt族材料和金属氧化物各自优势,通过强有力的界面工程以及协同效应,实现高效的水解离和优异的氢吸附,有望制备理想的碱性HER催化剂。



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吉林大学崔小强教授团队在二维铑金属烯的表面,构筑了原子级分散的氧化钼,展现出超高的碱性HER催化活性。制备过程中,利用Mo-Rh体系的不混溶特性,使Mo物种在Rh金属表面发生偏析,通过一步溶剂热法获得了MoOx-Rh金属烯结构,球差电镜和X射线吸收精细结构测试结果表明,MoOx物种原子级分散在二维Rh金属烯表面。这一结构不仅实现了界面效应的最大化,同时提供了独特的协同作用,实现了优异的碱性HER活性。

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球差电镜和同步辐射表征确认了催化剂结构。理论计算表明,MoOx与Rh金属烯的界面处为析氢反应的活性中心。MoOx物种优先吸附解离水并产生氢中间体,随后产生的氢中间体吸附在相邻的Rh位点上并进一步重组为分子氢。该项研究为通过界面工程策略在原子级水平上设计高效的电催化剂提供了新的借鉴与指导。

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文信息

Atomically Dispersed MoOx on Rh Metallene Boosts Alkaline Hydrogen Evolution

Dr. Jiandong Wu, Dr. Jinchang Fan, Prof. Xiao Zhao, Dr. Ying Wang, Dr. Dewen Wang, Hongtai Liu, Prof. Lin Gu, Dr. Qinghua Zhang, Prof. Lirong Zheng, Prof. David J. Singh, Prof. Xiaoqiang Cui, Prof. Weitao Zheng 

第一作者:武建栋博士;共同通讯作者:崔小强教授、范锦昌博士


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202207512




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