南洋理工王昕教授Carbon Energy：優化界面電子耦合相互作用開發高效水分解反應析氫電催化劑

【前言】

氫氣是一種理想的清潔能源，具有能量密度高、儲量豐富和燃燒產物無污染等特性。電解水是重要的制氫方法之一，其效率的關鍵在于高效和低成本的電催化劑。目前，鉑族貴金屬及其合金是最有效的析氫電催化劑，但其高昂的成本、低儲量及其易毒化等嚴重阻礙了其大規模的應用。因此，開發廉價、高催化活性和高穩定性的析氫催化劑是當前電解水領域研究的熱點之一。

【成果簡介】

聚苯胺（PANI）因其優異的化學耐久性，高導電性，反應物的強吸附能力以及快速的氧化還原特性來儲存電荷而被認為是一種很有前途的電催化反應和超級電容器材料。然而PANI由于其非常強的氫吸附，不能直接用作析氫電催化劑。近日，新加坡南洋理工大學化學與生物醫藥工程學院王昕（Xin?Wang）教授團隊使用基于不同金屬氧化物（如WO₃, W₁₈O₄₉和MoO₃）和聚苯胺（PANI）之間的界面d-π電子耦合相互作用，有效地調控了界面電子結構和中間體*H在聚苯胺的N位點的吸附強度（ΔG_H*）。其中當WO₃與PANI相互作用時，能夠有效地優化ΔG_*H接近最優值0，因此得到的WO₃/PANI復合催化劑表現出了優異的電催化析氫性能，在10mA cm^-2下表現出最低的過電位（74mV）。該策略具有通用性，使用MoO₃與PANI相互作用，也能表現出可觀的催化活性。該項研究不僅開發了一種高效酸性析氫催化劑，也為合理的設計和合成有效的電催化劑、理解電催化劑的結構-性能相互關系規律提供了思路。

相關論文近期在線發表在Carbon Energy?(DOI: 10.1002/cey2.3)，新加坡南洋理工大學化學與生物醫藥工程學院博士后黃振峰為論文第一作者，王昕教授為論文通訊作者。

【通訊作者簡介】

王昕教授目前是南洋理工大學化學與生物醫藥工程學院院長、英國皇家化學會會士(FRSC)、Carbon Energy副主編。王昕教授在浙江大學化學工程專業獲得學士學位(1994年)和碩士學位(1997年)，在香港科技大學化學工程專業獲得博士學位(2002年)。博士畢業后，2003年至2005年期間在加州大學河濱分校從事博士后研究，同時擔任初創燃料電池公司的研發總監和副總裁。2005年加入南洋理工大學擔任助理教授，2010年晉升為副教授，2016年晉升為正教授。研究成果在Nature Energy、Science Advances, Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials和Energy & Environmental Science等國際化學化工頂尖期刊發表SCI論文180多篇，論文引用已超過19000余次，H-index為68。擁有國際專利6項，其中1項授權給一家初創公司。

本文由新加坡南洋理工大學王昕（Xin?Wang）教授團隊供稿。

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