二维金属二硫化物析氢催化性能的第一性原理研究文献综述
2020-04-29 19:03:27
随着环境污染的加剧和化石燃料的枯竭,迫切需要开发取之不尽、用之不竭的清洁能源。
氢气(H2)在自然界中含量丰富,含有高能量,清洁燃烧和潜在的可再生性质,已被视为替代化石燃料的候选者[1]。
使用析氢反应的电化学水分解(HER)为大规模生产高纯度氢气提供了一种有前景的工程方案[2]。
铂(Pt)及其合金是析氢反应中最活跃和最稳定的催化剂,因为它具有极高的交换电流密度和小的Tafel斜率[3,4]。
然而,阳极上的析氧反应(OER)和水分解电解槽阴极的析氢反应(HER)都需要高活性和耐久性的电催化剂,以实现低能量效率[5,6]。
虽然负载在碳基质上的铂(Pt)纳米颗粒在酸/碱性电解质溶液中都具有较高的HER催化活性,但Pt的高成本极大的限制了其在催化水裂解制氢中的大规模使用[7]。
因此,大量研究工作集中在开发低成本和含量丰富的催化剂作为贵金属的替代品。
迄今为止,许多潜在的候选材料被用作HER电催化剂,大部分研究主要在酸性电解质中进行[8-11]。
然而,在有前途的电化学水分解技术中用作反电极的高效且低成本的OER电催化剂仅在碱性或中性介质中表现良好[10,12]。
不幸的是,大多数可用的无Pt催化剂在碱性电解液中仍然表现出比Pt / C更差的性能[13,14],这表明HER迫切需要开发无Pt电催化剂,在一个很宽的pH范围具有高电催化活性和足够的稳定性,特别是在碱性或中性条件下。