河南大学贾瑜教授课题组在单原子催化研究获重要进展

近日,河南大学贾瑜教授课题组马东伟副教授研究成果在Nanoscale杂志上以《 Enabling Multifunctional Electrocatalysts by Modifying the Basal Plane of Unifunctional 1T'-MoS2 with Anchored Transition-Metal Single Atoms 》为题发表(www.gzb.net.cn)。该杂志影响因子为7.79,中科院SCI期刊分区一区。

用于析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)的多功能电催化剂在全解水、金属−空气电池和燃料电池中具有广阔的应用前景。单原子催化剂(SAC)可能比其纳米颗粒对应物表现出更多的优势。目前,虽然在HER、ORR和OER的双功能和三功能SACs的研究方面已经取得了重大进展,但其合理设计仍面临巨大挑战。

图:(a)过渡金属单原子在1T'-MoS2上吸附位置的顶视图和侧视图;(b) 15种TM@MoS2催化剂体系金属原子的吸附能;(c) 析氧反应过电势(ηOER)作为ΔGO*−ΔGOH*函数的活性火山口图;(d) 氧还原反应过电势(ηORR)作为ΔGOH*函数的活性火山口图。

在本工作中,他们利用1T'-MoS2固有的优良HER电催化性能,通过锚定合适的过渡金属单原子,理论设计了多功能SACs。利用第一性原理计算,设计了15种基于1T'-MoS2的单原子电催化剂,进一步筛选出用于全解水、金属空气电池的多功能电催化剂。研究表明,Ni、Ir和Pt@MoS2具有高的HER和OER催化活性;Co、Pd、Mo、Os和Cu@MoS2具有高的HER和ORR催化活性;而Co@MoS2同时具有超高的HER, OER和ORR电催化活性,可作为三功能电催化剂用于多种电化学能源储存和转换器件。该工作为设计多功能单原子电催化剂提供了一种可行的策略,为SAC的晶相工程提供了新的见解。考虑到最近实验上已经合成了Pt@MoS2,可以预期本工作所预测的多功能单原子电催化剂在未来研究领域会起到重要指导意义。

材料学院2019级硕士研究生王园园是论文的第一作者,实验室马东伟副教授、贾瑜教授是论文的通讯作者,本工作得到了国家自然科学基金和河南省高校科技创新人才项目的支持。

来源:河南大学

文章链接:

https://doi.org/10.1039/D1NR02251B

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