筆頭著者：劉夢夢
責任著者：葉盛
タイトル: Hを加速する 電気触媒による水素発生のための、その場成長させたカーボンドットを介した中空Mo2Cナノリアクターの脱着*
インパクトファクター：14.0
論文リンク：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.04.045
01. 葉勝教授の紹介
イェ・シェン教授は、以下のような国際誌に58本の関連論文を発表しています。 ジュール, Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., アドバンスド・マテリアル, 先進機能材料、その他多数の論文を発表しており、総被引用数は3,200件を超えています。2018年には中国博士後イノベーション人材支援プログラム（「博新プログラム」）に選出され、2023年には安徽省トップ若手人材に選ばれました。国家自然科学基金一般プログラム、国家自然科学基金青年科学基金、安徽省重点研究開発計画などのプロジェクトを主導してきました。
02. 研究背景
化石燃料の消費によって引き起こされる環境汚染とエネルギー危機に対処するためには、クリーンで再生可能なエネルギー源の開発が喫緊の課題となっている。水素エネルギーは、炭素排出量ゼロ、再生可能性、高エネルギー密度といった利点から、化石燃料に代わる最良の選択肢と考えられている。電気触媒による水の分解は、有望な水素製造技術として注目され、広く研究されている。現在、水素製造の研究では、Ir、Ru、Ptなどの貴金属系触媒が一般的に用いられている。しかし、これらの貴金属は埋蔵量が限られており、コストも高いため、広く普及するのは難しい。したがって、経済的かつ効率的な非貴金属系電気触媒の開発が不可欠である。
03. 論文の要旨
炭化モリブデン（Mo2C）は白金に似た電子構造を持ち、水素発生反応（HER）用の有望な非貴金属触媒です。しかし、Moサイトへの強いH*吸着がHER性能の向上を妨げています。本研究では、炭化反応によってMo2C表面にカーボンドット（CD）をその場で成長させた単分散中空Mo2Cナノリアクターを合成しました。有限要素シミュレーションと解析により、CD@Mo2Cは純粋なMo2Cと比較して優れたメソスコピック拡散特性を示すことを実証しました。最適化されたCD@Mo2Cナノリアクターはアルカリ電解質中で優れたHER性能を示し、10 mA cm²で57 mVという低い過電圧で、ほとんどのMo2Cベースの電気触媒を凌駕しました。さらに、ラマン分光法とX線回折（XRD）分析により、CD@Mo2Cが240時間以上にわたって優れた電気化学的安定性を維持することが確認されました。密度汎関数理論（DFT）計算によると、カーボンナノドットはCD@Mo2Cのdバンド中心をフェルミ準位から遠ざけ、水の解離とH*の脱着を促進することが示された。本研究は、Mo-H結合の強度を調整することで、高活性なMo系HER電気触媒を設計するための合理的な戦略を提供する。
04. 図表と分析
05. 本研究で使用した機器
葉勝教授の研究グループが実験で使用した箱型炉は、Kemi Instrument社から提供されたものです。本論文では、Kemi Instrument社を選定し、その性能を評価してくださった安徽Kemi Instrument社に特に謝意を表します。
