2022-06-07 14:20
氢燃料生产的方式之一是使用电将水分解成氢气和氧气，即电解。但该过程需要催化剂来加速氢燃料电池内发生的化学反应。
通常情况下，这种电催化剂是比黄金更昂贵的稀有金属铂，因此氢气的生产过程比传统的可再生能源和化石燃料的成本更高。科学家们一直在研究一种成本较低的替代品——二硫化钼，一种用于摩托车发动机润滑油等产品的二维化合物，但其效率远低于铂。
据外媒报道，由纽约州立大学布法罗分校（University at Buffalo，UB）领导的研究小组在这方面取得最新研究进展。研究结果表明，当富含两种额外材料（一类称为碳化钛MXenes的无机化合物和碳纳米管）时，二硫化钼有可能取代铂作为电催化剂，从而使氢能在燃料电池电动汽车、电力生产等领域得到更广泛的应用。相关论文发表于期刊《npj 2D Materials and Applications》。
图片来源：npj 2D Materials and Applications
在这项研究中，研究人员描述了一种称为溶剂热合成的一步化学反应，通过使用该反应将碳化钛和碳纳米管添加到二硫化钼中。
由此产生的三元结构显示出活性位点暴露、表面积扩大和导电性的协同效应，而这些都是提高催化剂性能的关键因素。
研究联合负责人、UB电气工程系助理教授Huamin Li博士表示：“该碳化钛作为导电骨架非常出色，且碳纳米管会在二维二硫化钼之间形成交联。这三者的结合创造了一个优雅的结构，可明显提高二硫化钼作为电催化剂的性能。”
此外，碳化钛与二硫化钼的结合有助于防止碳化钛氧化，并降低2D层重新堆叠的可能性，从而促进催化稳定性。结果，与其他基于二硫化钼的电催化剂相比，三元结构可显著提升催化性能。
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