Erstautor: Liu Mengmeng
Korrespondierender Autor: Ye Sheng
Titel: Beschleunigung H Desorption von hohlen Mo2C-Nanoreaktoren über in situ gewachsene Kohlenstoffpunkte für die elektrokatalytische Wasserstoffentwicklung*
Impact-Faktor: 14,0
Link zum Artikel: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.04.045
01. Vorstellung von Professor Ye Sheng
Professor Ye Sheng hat 58 einschlägige Artikel in internationalen Fachzeitschriften wie beispielsweise veröffentlicht. Joule, Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.Er hat zahlreiche Publikationen verfasst und wurde insgesamt über 3.200 Mal zitiert. 2018 wurde er in das chinesische Förderprogramm für innovative Postdoktoranden („Bo-Xin-Programm“) aufgenommen und 2023 als eines der besten Nachwuchstalente der Provinz Anhui ausgezeichnet. Er leitete Projekte wie das Allgemeine Programm und den Jugendforschungsfonds der Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung sowie den Schlüsselplan für Forschung und Entwicklung der Provinz Anhui.
02. Forschungshintergrund
Um die durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe verursachte Umweltverschmutzung und Energiekrise zu bewältigen, besteht ein dringender Bedarf an sauberen und erneuerbaren Energiequellen. Wasserstoffenergie gilt aufgrund ihrer CO₂-Neutralität, ihrer Erneuerbarkeit und ihrer hohen Energiedichte als beste Alternative zu fossilen Brennstoffen. Die elektrokatalytische Wasserspaltung hat sich als vielversprechende Technologie zur Wasserstoffproduktion etabliert und wird intensiv erforscht. Derzeit werden in der Wasserstoffforschung häufig Edelmetallkatalysatoren wie Iridium, Ruthenium und Platin eingesetzt. Ihre begrenzten Vorkommen und hohen Kosten behindern jedoch ihre breite Anwendung. Daher ist die Entwicklung wirtschaftlicher und effizienter, auf Nichtedelmetallen basierender Elektrokatalysatoren unerlässlich.
03. Zusammenfassung des Beitrags
Molybdäncarbid (Mo₂C) besitzt eine ähnliche elektronische Struktur wie Platin und ist ein vielversprechender, nicht-edelmetallbasierter Katalysator für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER). Die starke Adsorption von H* an Mo-Zentren behindert jedoch die Verbesserung der HER-Leistung. In dieser Studie synthetisierten wir monodisperse, hohle Mo₂C-Nanoreaktoren, in denen Kohlenstoff-Nanopartikel (CDs) in situ durch Carburierungsreaktionen auf der Mo₂C-Oberfläche abgeschieden wurden. Mittels Finite-Elemente-Simulation und -Analyse konnten wir zeigen, dass CD@Mo₂C im Vergleich zu reinem Mo₂C verbesserte mesoskopische Diffusionseigenschaften aufweist. Die optimierten CD@Mo₂C-Nanoreaktoren zeigten eine exzellente HER-Leistung in alkalischem Elektrolyt mit einer niedrigen Überspannung von 57 mV bei 10 mA cm², womit sie die meisten Mo₂C-basierten Elektrokatalysatoren übertrafen. Raman- und Röntgenbeugungsanalysen (XRD) bestätigten zudem die ausgezeichnete elektrochemische Stabilität von CD@Mo₂C über 240 Stunden. Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen (DFT) zeigten, dass die Kohlenstoff-Nanopartikel das d-Band-Zentrum von CD@Mo₂C vom Fermi-Niveau weg verschoben und dadurch die Wasserspaltung und die Desorption von H* erleichterten. Diese Studie liefert eine vielversprechende Strategie für die Entwicklung hochaktiver, auf Molybdän basierender HER-Elektrokatalysatoren durch gezielte Beeinflussung der Mo-H-Bindungsstärke.
04. Abbildungen und Analyse
05. In dieser Studie verwendete Ausrüstung
Der von der Forschungsgruppe um Professor Ye Sheng in ihren Experimenten verwendete Kammerofen wurde von Kemi Instrument bereitgestellt. Die vorliegende Arbeit dankt insbesondere der Anhui Kemi Instrument Co., Ltd. für die Auswahl und Anerkennung von Kemi Instruments.
