鄭州大學材料科學與工程學院在碳復合能源催化方面取得新進展
近日，鄭州大學材料科學與工程學院張佳楠教授帶領的先進能源催化功能材料課題組與臺灣淡江大學董崇禮教授課題組聯合在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》（IF=18.808）發表題為 “Boron-tethering and regulative electronic states around iridium species for hydrogen evolution” 的原創性研究論文。張佳楠教授和董崇禮教授為論文共同通訊作者，博士研究生薛冬萍和碩士生程俊淇為論文第一作者，鄭州大學材料科學與工程學院為論文第一作者單位和通訊單位。
氫能以其清潔高效的特點，被認為是下一代清潔能源。目前，全球95%以上的氫氣來自于工業上對各種碳氫化合物的重整過程，這種方式獲取的氫氣中不可避免會混合其他雜質，粗氫的提純大大增加了氫的應用成本。一種有效的途徑為電水解制氫，然而，高純氫的獲取方式均伴隨著巨大的能耗和成本，目前高純氫的價格可達13US$kg-1。高效電化學產氫催化劑是實現低成本制氫的關鍵，在氫析出反應（HER）中具有低過電位和快速動力學的貴金屬催化劑被商業化認可，但如何降低貴金屬用量，提高單位質量活性，是實現電化學制氫大規模推廣的關鍵技術之一。
研究團隊以硼(B)摻雜碳為載體，通過電子供體硼(B)對銥 (Ir) 的“原子束縛工程”以及對Ir活性中心電子結構的調控，獲得高活性HER催化劑Ir@NBD-C，且Ir的用量僅占商用催化劑的1/4。Ir@NBD-C電催化 HER的比質量活性、轉換頻率和電化學表面積分別是商用 Pt/C催化劑的 12、11、和 7 倍，優于大多數報道的 HER 電催化劑。為了證明催化機制，我們同時對所有輕元素（N、P、S）摻雜碳對于Ir原子簇的電子結構進行研究，通過原位光譜學表征和理論計算證明缺電子B-摻雜碳對Ir團簇的電子結構對氫中間體物種（H*）的吸附能與H2析出能被證明是最優結構。本工作為降低貴金屬制氫催化劑的成本提供了理論和實驗設計思路，這對于為電化學制氫的大規模推廣具有積極意義。
該項工作得到了國家自然科學基金、河南省科技創新人才人才支持計劃、中原青年拔尖人才等支持。
全文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202113191
