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钟文武教授在材料顶刊《Advanced Materials》上发表最新研究成果

作者:科研处    新闻来源:科研处    点击数:   更新时间:2021-01-15

近日,我校钟文武教授研究团队,在材料顶级期刊《Advanced Materials》(IF=27.4)上发表了题为“RhSe2: A Superior 3D Electrocatalyst with Multiple Active Facets for Hydrogen Evolution Reaction in Both Acid and Alkaline Solutions”的研究论文(DOI: 10.1002/adma.202007894)。钟文武教授为第一作者兼通讯作者,亚博取款曝顾秒到账为第一通讯单位。

析氢反应是电解水分解的一个半反应。过渡金属S族化合物是一类重要的析氢电催化剂,近年来获得广泛关注和研究。通常,过渡金属的S族化合物形成层状晶体结构,例如MoS2、MoSe2、CoSe、FeS等。这些层状化合物具有容易剥离成片的优点,在片状的形貌下,具有较大的表面积,利于暴露更多的活性位点、吸附反应物。然而,理论及实验研究表明,这些层状的化合物,其活性位点集中在边界处,面积更大的基面反而不具有好的催化活性。为了获得优良的催化性能,层状化合物的形貌就显得尤为重要。然而复杂的形貌设计不仅复杂,也给样品合成带来麻烦。

目前电解水的催化剂中,研究者主要关注一维和二维等具有高的比表面积材料。近日,钟文武教授在多年的新化合物研究基础上,提出并合成了一种新型的具有三维晶格结构的过渡金属硒化物——RhSe2,作为性能优异的析氢电催化剂。研究表明,RhSe2的多个晶面都呈现出高催化活性,例如(311)、(210)、(220)等晶面,其对氢的吸脱附自由能变化都趋于零。多活性面使得RhSe2在最普通的块状形貌下仍然具有优异的析氢催化活性,唯实验合成带来便利。该工作利用固相合成法,制备了纯相三维RhSe2。第一性原理计算表明,多晶面RhSe2吸氢的吉布斯自由能接近零,意味着三维RhSe2理论上具有高的吸氢能力。密度泛函理论表明,酸性条件下,低配位的Rh原子作为活性位点;碱性条件下,Se原子作为活性位点。在电流密度为 10 mA cm-2 下,三维RhSe2的HER过电位在酸性和碱性条件下分别为49.9 和 81.6 mV。该工作为过渡金属硫族化合物催化剂提供新的思路。

   该工作得到了国家科技部重点研究开发项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。