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　　北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍以通訊作者在《自然?通訊》上發(fā)表重要研究結(jié)果

　　近日，北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍">郭少軍研究員和蘇州大學(xué)、美國(guó)加州大學(xué)相關(guān)研究人員的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在電解水產(chǎn)氫(hydrogen evolution reaction, HER)催化劑研究方面取得突破。該工作首先通過化學(xué)油相合成PtNi合金納米線，再通過硫化形成有利于產(chǎn)氫的界面：PtNi/NiS，表現(xiàn)出十分卓越的HER活性，最后基于量化計(jì)算結(jié)果證明NiS的存在有利于堿性條件下水分子的裂解。此工作強(qiáng)調(diào)了金屬/硫化物界面對(duì)電催化產(chǎn)氫的重要性。該合作成果發(fā)表在最新一期的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》(Nature Communications)上。

　　化石能源(煤、石油和天然氣)的廣泛利用是工業(yè)革命的標(biāo)志之一，也驅(qū)動(dòng)著人類社會(huì)文明以前所未有的速度發(fā)展;然而，其所引起的副作用也是尤為顯著的。首先，化石能源不可再生，凸顯了當(dāng)今社會(huì)的能源短缺問題;其次，化石資源非清潔能源，為地球生態(tài)帶來了諸如酸雨、霧霾等環(huán)境污染問題。因此，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展需要尋求更為清潔且可再生的替代能源。氫是宇宙中廣泛存在的元素，且被利用后的產(chǎn)物僅為水，因此被認(rèn)為是未來最理想的能源形式。氫氣的來源多樣化，其中通過電化學(xué)方式催化分解水由于效率高和可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)廣受關(guān)注。目前，電催化制氫通常選用貴金屬鉑作為催化材料，較高的成本是制約該技術(shù)走向規(guī)模化應(yīng)用的主要障礙。因此，迫切需求開發(fā)產(chǎn)氫效率更高的電催化材料，以降低鉑的用量。

　　通過研究電解水制氫的反應(yīng)機(jī)理，郭少軍">郭少軍研究員等認(rèn)識(shí)到在堿性條件下水分子的斷鍵是整個(gè)反應(yīng)的速控步驟，而鉑無法有效地?cái)嚅_水分子中的H-OH鍵，所以電催化活性較低。為解決這一問題，他們?cè)诓煌煞值腜tNi納米線表面引入NiS納米顆粒，構(gòu)筑有利于HER進(jìn)行的Pt/NiS界面。NiS的存在有利于斷裂H-OH鍵，可直接為附近的Pt位點(diǎn)提供氫離子，該協(xié)同體系極大地促進(jìn)了堿性條件下HER的進(jìn)行。隨后的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在電解質(zhì)pH = 14的環(huán)境中，該催化劑在過電勢(shì)為0.07 V時(shí)的電流密度達(dá)到 37.2 mA/cm2，較商業(yè)碳載鉑催化劑高出近10倍。密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，NiS表面確有利于水分子的斷鍵。此工作強(qiáng)調(diào)了金屬/硫化物界面對(duì)于電催化HER的重要性。

　　該工作在北京大學(xué)、蘇州大學(xué)和美國(guó)加州州立大學(xué)三個(gè)單位的緊密合作下完成。郭少軍">郭少軍、Gang Lu、黃小青依次為論文的通訊作者。該項(xiàng)目得到北京大學(xué)工程科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新高精尖中心基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等支持。

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