原子尺度的催化剂可以生产廉价的氢

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经证明，一层单原子的厚硫化钼(MoS2)薄膜可以作为制造氢的有效催化剂。这项工作为廉价氢的生产打开了一扇新的大门。

氢作为一种能源很有希望，但电解水生产氢——用电从水中释放氢——目前主要依赖昂贵的铂催化剂。这项新的研究表明，MoS2的原子薄膜也是有效的制氢催化剂，虽然效率不如铂，但价格相对便宜。(可以找到与Cao关于该研究与其他制氢催化剂的早期研究有何不同的问答在北卡罗来纳州的研究博客上.）

“我们发现薄膜的厚度非常重要，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授曹林友博士说，他是描述这项工作的一篇论文的高级作者。“由一层原子组成的薄膜是最有效的，每增加一层原子，催化性能就差大约5倍。”

薄膜厚度的影响让研究人员感到惊讶，因为长期以来人们一直认为催化作用通常发生在材料的边缘。由于薄膜几乎没有“边缘”，传统观点认为薄膜本质上是不具催化活性的。

但研究人员发现，材料的厚度很重要，因为二硫化钼薄膜越薄，它的导电性就越强——导电性越强，它作为催化剂的效果就越好。

曹说:“重点是创造具有巨大‘边缘’的催化剂。”“我们的工作表明，研究人员可能想要更多地关注催化剂的导电性。”

曹发明了这项技术创造出高质量的二硫化钼薄膜在2013年的原子尺度。目前从原子薄膜中产生的氢是由电力驱动的。他的团队正在开发一种太阳能水分解装置，使用二硫化钼薄膜来制造氢。

纸”,MoS2析氢的层控电催化的文章发表在《纽约时报》的网络版上纳米快报．该论文的主要作者是北卡罗来纳州立大学博士生俞逸飞。合著者包括北卡罗莱纳州的博士生李彦鹏;黄沈阳，前北卡罗来纳大学访问学者;和Drs。杜克大学的斯蒂芬·斯坦曼和杨维涛。这项研究得到了美国陆军研究办公室W911NF-13-1-0201的资助。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

MoS2析氢的层控电催化

作者:虞逸飞，黄沈阳，李彦鹏，曹林友，北卡罗来纳州立大学;Stephan Steinmann和Weitao Yang，杜克大学

发表: 2014年1月16日，纳米快报

DOI: 10.1021 / nl403620g

文摘:催化活性与多相催化剂微观结构的定量关联是催化科学领域面临的主要挑战。它要求协同能力，以调整结构的原子尺度精度和控制催化反应进行通过明确的路径。在这里，我们利用了MoS的受控增长₂原子薄膜，以证明MoS的催化活性₂每增加一层，析氢反应减少约4.47倍。在富含边缘的二硫化钼金字塔血小板中也发现了类似的层依赖。这种层依赖的电催化作用可以与电子在MoS垂直方向的跳跃有关₂层间势垒之上的层。我们的实验结果表明，势垒为0.119V，与理论计算一致。与传统观点认为边缘位置的数量很重要不同，我们的研究结果表明，在垂直方向上提高电子跳跃效率是开发高效二维材料催化剂的关键。