理學(xué)院先進(jìn)儲能材料與技術(shù)兵團(tuán)實(shí)驗(yàn)室光電新能源團(tuán)隊(duì)在新型電催化制氫催化劑研制及其催化機(jī)制探究方面取得重要研究進(jìn)展，研究結(jié)果以“High dispersion Pd nanoclusters modified sulfur-rich vacancies ZnIn2S4 for high-performance hydrogen evolution”（高分散鈀納米團(tuán)簇修飾富硫空位ZnIn2S4用于高性能析氫）在材料科學(xué)領(lǐng)域雜志Applied Surface Science上發(fā)表（中國科學(xué)院2區(qū)，IF=6.3）。
氫能被認(rèn)為是替代化石能源的清潔能源。析氫反應(yīng)（HER）是一種可持續(xù)的氫能源生產(chǎn)方式。然而，用于析氫反應(yīng)的商用鉑(Pt)催化劑價(jià)格昂貴且稀缺，無法完全滿足未來市場的需求。鈀(Pd) 豐度高于Pt，具有很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。鈀納米團(tuán)簇對H2的固有親和力和選擇性、快速吸附動(dòng)力學(xué)和氫化物形成可逆性，具有很高的HER催化活性，可以作為理想的HER活性中心。ZnIn2S4 (ZIS)是一種典型的三元硫系化合物，具有良好的H吸附特性和良好的腐蝕性能，是一種很有前景的HER的催化劑。本研究將7.5 wt%的Pd納米團(tuán)簇(2-5 nm)高分散穩(wěn)定在ZIS納米片上，發(fā)現(xiàn)在低溫退火過程中，Pd團(tuán)簇的存在可以使得ZIS的形貌和結(jié)構(gòu)保持的同時(shí)產(chǎn)生更多的S空位，并且有助于提高ZIS上S原子的催化能力，激活ZIS基表面的活性。
該工藝制備的Pd/ZIS展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化HER性能：當(dāng)電流密度為10 mA cm-2時(shí)，Pd/ZIS-T樣品的傳遞電位可達(dá)25 mV(相對于RHE)，Pt/C低于32 mV, Tafel斜率僅為33 mV / dec-1，反應(yīng)速率更快，在10 mA cm-2下可穩(wěn)定輸出100 h以上。本研究的相關(guān)結(jié)果對探索新型電解水制氫催化劑具有一定的參考意義。
本文的第一作者為理學(xué)院2020級碩士研究生王王迪和蘭州大學(xué)博士研究生楊紅岑，通訊作者為理學(xué)院侯娟教授及“綠洲學(xué)者”彭尚龍教授。近年來，該團(tuán)隊(duì)圍繞國家“3060”戰(zhàn)略目標(biāo)、立足新疆資源稟賦特色，開展清潔能源綜合利用研究，研究成果發(fā)表在Journal of Energy Chemistry、Chemical Engineering Journal、Journal of Colloid And Interface Science、Journal of Materials Chemistry A、Nanoscale等TOP期刊，相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、兵團(tuán)重點(diǎn)領(lǐng)域科技攻關(guān)項(xiàng)目及兵團(tuán)人才項(xiàng)目等的資助。
（通訊員：侯娟 彭尚龍 郜建銳 鞏芮君）
