電解水制氫的提效降耗屬于國際前沿課題。氫氣具有能量密度高和燃燒產(chǎn)物清潔等優(yōu)點，氫能源在實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標中起到重要的作用。電解水制氫因其工藝過程簡單、氫氣純度高和能量利用率高而備受關(guān)注，但高能耗是制約其發(fā)展的瓶頸。

近日，我校王亮教授團隊提出了一步化學還原直接制備聚（丙烯胺鹽酸鹽）（PAH）表面功能化的富缺陷和多孔Ir金屬烯（Ir@PAH）的合成方法，并應(yīng)用于電催化酸性析氫反應(yīng)。該成果以“Surface Engineering of Defective and Porous Ir Metallene with Polyallylamine for Hydrogen Evolution Electrocatalysis”為題，于2022年3月8日被《Advanced Materials》在線報道。

該研究工作通過發(fā)展高效電催化劑為電解水制氫提效降耗這一前沿科學問題提供了獨特的解決方案。電解水過程中的陰極析氫反應(yīng)依賴于電解質(zhì)的pH值，在酸性介質(zhì)中，所制備的催化劑中含有大量的質(zhì)子有利于制氫。目前，Pt被認為是最好的HER電催化劑，但其成本高且在酸性電解質(zhì)中容易腐蝕，嚴重限制了氫工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。因此，開發(fā)高效和穩(wěn)定的酸性析氫電催化劑具有重要的意義。最近，一類新型超薄二維金屬材料（金屬烯）由于其可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)在電催化領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。盡管金屬烯材料作為析氫電催化劑展現(xiàn)出巨大的潛力，但其催化活性和穩(wěn)定性仍需進一步提高。

浙江工業(yè)大學王亮教授團隊長期致力于能源電催化研究領(lǐng)域。該工作通過表面功能化修飾有效地提高了Ir金屬烯的電催化活性和穩(wěn)定性。獨特的富缺陷和多孔二維超薄納米片結(jié)構(gòu)賦予了Ir@PAH大的比表面積、高導電性和優(yōu)異的質(zhì)量傳輸/擴散能力。并且，表面功能化的PAH分子可以通過強的Ir-N相互作用來調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，并作為質(zhì)子載體有效地捕獲水合氫離子中的H+以形成富含質(zhì)子的中間體。獨特的金屬烯結(jié)構(gòu)和Ir-PAH界面的優(yōu)勢使Ir@PAH具有優(yōu)異的電催化析氫性能。在10 mA cm-2電流密度下的過電位僅為14 mV，Tafel斜率低至31.2 mV dec-1，穩(wěn)定性測試后幾乎沒有活性衰減。該研究工作為電解水制氫提供了高效的電催化劑。

該工作得到了國家自然科學基金（21776255，21972126，21978264和21905250）資助，主要由我?；瘜W工程學院王亮教授和王鴻靜副教授帶領(lǐng)博士后鄧凱、研究生周同慶、研究生毛琪祺等歷時一年半完成?！禔dvanced Materials》是工程與計算學科、材料與化學領(lǐng)域的頂尖期刊，在國際材料領(lǐng)域科研界享譽盛名，該期刊最新影響因子為30.849。

文章鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202110680

《先進材料》刊登我校王亮教授團隊最新研究進展

Ir@PAH金屬烯的形貌和成分表征

Ir@PAH金屬烯的電催化制氫性能測試

王亮教授（左一）指導學生實驗

 化學工程學院工業(yè)催化學科能源電催化團隊