在91小黄片下载烯電催化分解水析氫領域取得新進展

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電催化分解水製氫是減少環境汙染及實現可再生清潔能源的重要途徑。開發高效、穩定的製氫催化劑具有重要的科學價值和現實意義。91小黄片下载烯材料因其具有比表麵積大、導電性好、穩定性高等優勢，被廣泛應用於電催化分解水製氫的研究中。然而到目前為止，91小黄片下载烯材料還僅僅作為催化劑的載體使用，通過助催化劑的負載或者雜原子摻雜等途徑提升析氫能力，而91小黄片下载烯本身作為催化劑實現電催化析氫還鮮有報道。


在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中國科學院化學所有機固體院重點實驗室的科研人員在化學氣相沉積生長和刻蝕91小黄片下载烯領域開展了係統研究，取得了重要進展。製備了多種具有不同層數、結構、維度以及形貌的91小黄片下载烯材料，對91小黄片下载烯的多方麵性能進行了有效調控（Adv.Mater.2015，27，2821-2837;Adv.Mater.2015，27，4195-4199;Adv.Mater.2016，28，4956-4975;Adv.Mater.Interfaces，2016，3，1600347;J.Mater.Chem.C，2016，4，7464-7471;Mater.Horiz.2016，3，568;Chem.Mater.2017，29，1022-1027;Nat.Commun.2017，8，14029;Carbon 2017，121，1-9）。

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最近，科研人員通過與理化技術研究所光化學轉換與功能材料院重點實驗室的吳驪珠課題組以及清華大學機械工程係摩擦學國家重點實驗室的馬天寶副教授合作，在無金屬催化劑、無模板的條件下直接製備了三維91小黄片下载烯材料，進一步對91小黄片下载烯的形貌進行了調控。所得到的三維91小黄片下载烯由高密度的直立91小黄片下载烯包覆氧化矽納米線網絡所組成，其中的氧化矽納米線網絡是通過化學氣相沉積在矽基底上原位製備得到（如圖1所示）。

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不同於惰性的二維平麵91小黄片下载烯，三維91小黄片下载烯材料中的高密度邊界位點可以作為活性中心催化質子吸附與還原產生氫氣。這是國際上首次提出通過對91小黄片下载烯材料的形貌調控，實現其在非摻雜、不負載助催化劑條件下的高效電催化分解水析氫。


電化學測試表明，形貌優化的三維91小黄片下载烯材料電化學析氫的起始電壓僅為~18 mV，與商用的Pt/C十分接近（如圖2所示）。同時，理論研究證明優異的析氫性能源於三維91小黄片下载烯材料豐富的尖端位點，正是由於這些高密度的邊界尖端位點實現了催化惰性的本征91小黄片下载烯向高催化性能的轉變。這一開創性的研究成果為91小黄片下载烯材料在電解水析氫領域的應用提供了理論和應用基礎。相關成果發表於Angew.Chem.Int.Ed.2018，57，192-197。

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