Small：非金屬異質結構提高酸性析氫反應

一、【導讀】

? ?持續增長的能源需求使得限制化石燃料燃燒的替代技術的實現和主導變得迫在眉睫。電化學水分解制氫是一種綠色可行的制氫方法。目前流行的鉑基電催化劑的高成本和稀缺性等方面限制了其商業化。因此，開發具有豐富活性位點和良好導電性的非金屬、廉價、高性能的HER電催化劑至關重要。在不斷尋找替代、高效和廉價的電催化劑過程中，碳納米材料在質子還原和隨后的析氫反應（HER）方面顯示出了巨大的潛力。因此，合理設計和提高廉價非金屬碳納米材料對HER的活性和耐久性是一個巨大的挑戰。為了實現這一目標，在設計多相電催化劑以進一步提高其性能時，異質界面之間的相互作用、層次結構以及適當電催化載體的選擇都是十分重要和關鍵的因素。

二、【成果掠影】

? ?近日，希臘理論和物理化學研究所?Nikos Tagmatarchis團隊成功將碳點（CDs）原位生長在碳納米角（CNHs）上實現全碳非金屬之間的異質界面作用（CDs/CNHs nanoensemble）。CDs/CNHs nanoensemble表現出對HER的高催化活性。相關的研究成果以“Carbon Dots Strongly Immobilized onto Carbon Nanohorns as Non-Metal Heterostructure with High Electrocatalytic Activity towards Protons Reduction in Hydrogen Evolution Reaction”為題發表在Small上。

三、【核心創新點】

? 1、作者通過簡單的水熱法原位生長將CDs固定在CNHs上。非凡的 3D 多孔 CNHs結構為原位生長的CDs提供了出色的導電支持，改善了異質界面處的電荷轉移。

? 2、全碳非金屬CDs/CNHs nanoensemble表現出接近Pt/C的起始電位、低電荷轉移電阻以及優異的穩定性（10000次循環）。

四、【數據概覽】

圖1 非金屬CDs/CNHs nanoensemble的制備。? 2023 Wiley

圖2 CDs/CNHs的TEM和HRTEM圖。a、b、d、e）CDs/CNHs 在低倍率下的 TEM 圖像。c,f）分別在 (b) 和 (e) 中顯示的紅色和綠色區域的 HRTEM顯微照片。(c)和(f)處的插圖顯示CDs的FFT。? 2023 Wiley

圖3 a) ATR-IR 光譜、b) 拉曼光譜(514 nm)和c)在氮氣氣氛下獲得的 CDs/CNHs（紅色）、CDs（黑色）、oxCNHs（紅色）和原始CNHs（粉紅色）的熱重分析圖。? 2023 Wiley

圖4 ?CDs/CNHs（藍色）和 CDs（黑色）在水中的a) 吸收和 b) 光致發光光譜。? 2023 Wiley

圖5 ?a) HER在10000次循環之前（實線）和之后（虛線）的LSV，b) Tafel 斜率，和 c) Nyquist 圖，CDs/CNHs（藍色），CDs（黑色），ox-CNHs（紅色），和 Pt/C（灰色）。在0.5 M?H₂SO₄水溶液中以1600 rp 轉速和5 mV s^-1掃描速率獲得LSV?圖。? 2023 Wiley

五、【成果啟示】

? 綜上所述，該工作通過在CNHs的3D多孔導電網絡結構上原位生長和固定CDs，獲得了一種全碳、非金屬、高活性的HER電催化劑。該工作的研究強調了應用有效策略開發新型電催化劑的重要性，并可能為高活性非金屬電催化劑的合理設計提供有價值的信息和方向。?

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原文詳情：https://doi.org/10.1002/smll.202208285

本文由K . L撰稿。