2018-12-20 22:32:01
新发现的催化剂有望实现更低的氢气生产

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新催化剂可以大大降低生产氢气的成本,氢气是最清洁的可再生燃料之一。该催化剂基于硫化钼,由王世杰领导的A * STAR材料研究与工程研究所的一个小组开发。

新催化剂可以彻底改变氢析出反应(HER)的工业应用,氢反应通过分裂水分子产生氢气。 HER的最有效催化剂使用铂等贵金属,这对于大规模生产来说过于昂贵。目前全球氢气产量估计为5000万吨,但如果能够降低生产成本以使其作为运输燃料具有竞争力,则需求可能会增加。

“我们正在深入探索用富含地球的材料制成的催化剂,其HER性能与贵金属相当,”Wang说。

当他们偶然发现一种新的结晶形式的硫化钼,成分为Mo6S4时,该团队取得了成功。

共同的结构,二硫化钼(MoS2),最初显示出作为催化剂的前景,但受到吸附在表面上的氢的低效率的限制。电荷转移 - 催化过程的中心 - 也证明是缓慢的。

出乎意料的是,研究人员发现MoS2催化最有效地发生在材料的边缘或晶格中存在不成对电子的缺陷处。

这导致Wang和他的团队试图通过改变钼与硫的比例来引入MoS2缺陷。在特定的比例下,他们惊讶地发现,他们制造了一种规则的二维晶体,而不是有缺陷的MoS2。

用扫描隧道显微镜检查结构,研究小组发现了由Mo6S4重复单元组成的正方形晶格结构 - 与MoS2的六边形晶格结构完全不同。

方形结构的建模表明它将是一种有效的催化剂,因为其特性比半导体类MoS2更接近金属如铂。

实验证实了Mo6S4的性能:驱动HER反应所需的电压约为0.1伏,比有缺陷的晶格MoS2低50%,并接近铂(~0.05伏)。

“它不如铂金那么好,但考虑到它非常便宜且非常稳定,我认为它有很大的潜力,”王说。

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