黄云辉：简单合成富硫的蚕茧结构CoSx作为析氢反应的高效催化剂

zoucuolou

氢气被认为是最有前途的能源载体之一，为了有效地从水中产生氢气，析氢反应（HER）扮演着至关重要的角色。遗憾的是，目前最佳HER催化性能的Pt族金属稀少且昂贵，这限制了它们的适用性。因此，开发高HER活性，含量丰富的替代廉价催化剂是一个巨大的挑战。通过调整过渡金属硫化物的结构组成，微观形貌和电子态来优化HER催化性能是十分重要。电导率的提高和更多活性位点的引入对能很好的提高过渡金属硫化物的HER催化活性。

近日，同济大学、华中科技大学、北京大学和麻省理工学院合作团队，共同开发了一种通过一步水热法合成的蚕茧结构的富硫多硫化钴（CoSx，x≈3.9）催化剂，其具有极高的HER活性，王超博士和王谭源博士为共同第一作者，黄云辉教授和陈继涛教授为共同通讯作者。作者对蚕茧结构CoSx的形成机理进行了系统的研究，并探讨了形成该结构的一些关键因素。这种纳米蚕茧结构的催化剂是由许多直径小于10 nm纳米的硫化钴纤维交织缠绕而形成的空心球。而这种多硫化钴纤维长达数微米，从而可以将空心球链接起来形成三维导电网络。蚕茧结构的CoSx显示出优异的HER活性，起始电位为0V vs. RHE，在10 mA cm-2电流密度时的过电位仅为42 mV，Tafel斜率为41mV dec-1。其活性远高于当前报道的金属硫化物材料，甚至可与商业Pt/C相媲美。该材料。优异的HER催化性能被归因于这种富硫体系中高度暴露的大量的S边缘和桥接Sn2-位点，以及纳米纤维形成的有利于材料的电荷转移的导电网络。相关成果以题为“Facile synthesis of silk-cocoon S-rich cobalt polysulfide as an efficient catalyst for hydrogen evolution reaction”发表在国际著名学术期刊Energy Environ. Sci.上。