頂刊動態 | EES/AM等近期光/電催化劑學術進展【新能源周報第20期】

近年來光/電催化劑性能的提高，很大程度上取決于結構的變化及其所帶來的特殊電子轉移效應。本周的新能源周報將帶大家一覽最近光/電催化劑在各大頂刊中的研究進展。

1.Energ. Environ. Sci.：目前為止最好的雙功能竹蓀狀碳微管電催化劑

不同NCMT系列樣品的性能與原理示意圖

中科院金屬研究所的劉暢研究員（通訊作者）等通過簡單的熱分解合成出一種可用作氧還原反應和析氧反應的雙功能催化劑，即N摻雜的三維海綿狀多孔碳微管。該材料在OER中10 mA cm^-2處的電位與ORR的-3 mA cm^-2處的電位差值小到0.63V，迄今最低。這是一個在柔性能源轉換和能量儲存體系中的里程碑式進步。

文獻鏈接：A 3D bi-functional porous N-doped carbonmicrotube sponge electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions (Energy Environ. Sci.,2016,DOI:10.1039/c6ee02169g)

2.Energy Environ. Sci.：增強光電化學產氫的p-Si/NiCoSe_x核殼納米柱陣列

硅納米柱和p-Si/ NiCoSe_x納米柱陣列核殼結構的形成示意圖

浙江大學的張興旺教授（通訊作者）等通過NiCoSe_x在硅納米陣列上利用均勻的光輔助電沉積，合成出具有三維核殼結構的p-Si/ NiCoSe_x納米柱陣列。這種優異的的催化劑在光電化學的制氫中有很高的活性。p-Si/ NiCoSe_x核殼陣列為制備高效光電太陽能轉換器件提供了新的思路。

文獻鏈接：p-Si/NiCoSe_x Core/Shell Nanopillar Array Photocathode for Enhanced Photoelectrochemical Hydrogen Production (Energy Environ. Sci.,2016, DOI:?10.1039/C6EE02215D)

3.Adv. Mater.：以有缺陷的活性炭為載體的錳鈷納米顆粒用于催化ORR

ORR催化原理示意圖

澳大利亞格里菲斯大學昆士蘭微納米技術中心的姚向東教授（通訊作者）等合成出一種以含缺陷的活性炭作為載體的錳鈷尖晶石結構催化劑。其中獨特的載體和尖晶石結構產生的協同效應增強了ORR的活性及穩定性。這項工作推動了堿性燃料電池的商用可行性。

文獻鏈接：Defective-Activated-Carbon-Supported Mn–Co Nanoparticles as a Highly Efficient Electrocatalyst for Oxygen Reduction (Adv.Mater., 2016,DOI:10.1002/adma.201601651)

4.Adv. Mater.：可增強析氫反應電催化活性的Ni-Co-MoS₂納米盒

Ni-Co-MoS₂納米盒形成過程

韓國漢陽大學的Ungyu Paik教授（通訊作者）和新加坡南陽理工大學的XiongWen (David) Lou教授（通訊作者）等通過Ni-Co普魯士藍類似物的納米立方體和硫代鉬酸銨反應合成了Ni和Co與 MoS₂混合的納米盒。從而觀察到一個有趣的結構演變過程——由納米立方體到空心納米盒的結構轉變。并且在電催化析氫反應中表現出不錯的性能。可見，通過空心納米結構和摻雜過渡金屬原子的電子結構調制，MoS₂電催化析氫反應活性有望得到進一步的改善。

文獻鏈接：Formation of Ni–Co–MoS2 Nanoboxes with Enhanced Electrocatalytic Activity for Hydrogen Evolution (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201601188)

5.Adv. Mater.：二維TaS₂納米片催化析氫反應

TaS₂納米片催化機理示意圖

上海交通大學的陳明偉教授（通訊作者）等利用離子技術對二維材料TaS₂納米片進行刻蝕處理，使其形成高密度原子尺度孔洞，從根本上改善該材料的析氫反應活性。研究人員定量測量了該材料催化活性與原子缺陷密度的關系，從實驗上證明兩者之間具有正比關系，為理論探索二維材料催化機理提供了實驗依據。該方法也可用于處理其他二維材料，使其表面形成可控缺陷從而影響其物理化學活性，這項研究為二維材料的加工和應用提供了新的思路。

文獻鏈接：Atomic-Sized Pores Enhanced Electrocatalysis of TaS2Nanosheets for Hydrogen Evolution (Adv. Mater.,2016,?DOI: 10.1002/adma. 201602502)

6.Adv. Energy Mater.：石墨相碳氮化物納米片大幅度提高光催化活性

制備泡沫狀多孔超薄納米片的自上而下過程示意圖

東北師范大學的邢艷教授(通訊作者)和中科院長春應化所的Shuyan?Song （通訊作者） 通過在空氣中長時間加熱塊狀g-C₃N₄制備了宏觀泡沫狀多孔超薄的g-C₃N₄納米片（CNHS），CNHS在產氫和光催化降解污染物中表現出卓越的性能。這項工作為研究納米結構以實現高的催化活性提供了新思路。

文獻鏈接：Macroscopic Foam-Like Holey Ultrathin g-C3N4 Nanosheets for Drastic Improvement of Visible-Light Photocatalytic Activity（Adv. Energy Mater. ,2016,DOI: 10.1002/aenm.201601273）

7.Angew. Chem. Int. Ed.：精確形成具有Janus表面的中空氮化碳結構來提升光催化性能

Co₃O₄/ HCNS /Pt復合材料的合成示意圖

福州大學的王心晨教授（通訊作者）等將Pt和Co₃O₄納米粒子分別控制生長在空心氮化碳球的內部和外部，用來提高聚合物半導體表面的氧化還原性能。通過空間上氫氣和氧氣析出反應位點的分隔與Janus面上電子的單向遷移來提升光催化活性。該成果將大力推進利用太陽能進行空心光合單位研究的發展。

文獻鏈接：Precise Formation of a Hollow Carbon Nitride Structure with a Janus Surface to Promote Water Splitting by Photoredox Catalysis（Angew. Chem. Int. Ed. ,2016,DOI: 10.1002/anie.201606102）

本文由材料人編輯部新能源學術組大白供稿，點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。