蘇州大學：橋氧復合非貴金屬體系催化Tafel型堿性電解水析氫

氫能具有燃燒熱焓高、零碳排放的優點，滿足未來綠色新能源的需求，契合全球碳中和的發展理念。通過電解水的方式制備綠色氫能（HER）被認為是最經濟、最高效的制氫手段。傳統的酸性HER雖然可以實現高效的質子耦合電子反應，但是面臨著貴金屬儲量少、價格昂貴、催化劑腐蝕溶解、產物酸霧污染的難題需要解決。堿性HER反應通常使用廉價的催化劑，并且可以與其它高效的陽極半反應（析氧/析氯）同時實現陰極產氫，陽極產氧/氯的工業化反應，具有更廣泛的工業化應用范圍。但是，堿性電解水需要額外引入水分子的裂解反應，這無疑增加了HER的反應勢壘，使得催化劑的堿性HER活性比同等條件下的酸性環境低2~3個數量級。因此，發展高效且廉價的催化劑加速H-OH鍵的斷裂和氫質子的脫附，對于提升堿性HER催化活性非常關鍵。

近日，蘇州大學耿鳳霞教授課題組通過電化學自優化的手段剝離負載在鋁氧陰離子修飾的碳化鈦（Ti3C2）MXene基底上MoCoOx前驅體，精細地制備出包含單原子Mo, CoOx團簇和鋁氧陰離子修飾的碳化鈦（Ti3C2）MXene基底的三元催化界面。得益于CoOx團簇較強的水裂解性能， 單原子Mo吸附聚合質子的能力，以及AlOx-基團上橋接氧的存在增加了催化劑的Br?nsted酸度，其具有可逆的吸脫附質子特點，從而確保了堿性環境中的HER反應遵循富質子（類酸環境）狀態下的最快速Volmer-Tafel析氫機制。

相應的性能測試表明，Mo-CoOx@MXene-Al復合催化劑表現出優異堿性HER催化性能，驅動10 mA/cm2的電流密度僅需要39 mV的過電位，Tafel斜率低至34 mV/dec，表現出媲美商業雙貴金屬PtRu/C催化劑的性能。更重要的是，這種精細調控的復合催化劑經過25小時的循環測試后，沒有表現出明顯的活性衰減，顯示出較高的實用價值。