原子级催化剂可能生产廉价氢气

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经证明，一层单原子厚的硫化钼薄膜(MoS2)可以作为生成氢的有效催化剂。这项工作为生产廉价氢气打开了一扇新的大门。

氢作为一种能源有着巨大的前景，但从水电解中生产氢——用电从水中释放氢——目前在很大程度上依赖于昂贵的铂催化剂的使用。新的研究表明，MoS2原子薄膜也是产氢的有效催化剂，虽然效率不如铂，但相对便宜。(作者就该研究与其他制氢催化剂的早期研究有何不同进行了问答北卡罗来纳州立大学的研究博客)。

“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，他是一篇描述这项工作的论文的高级作者。“由单层原子组成的薄膜效率最高，每增加一层原子，催化性能就会下降大约5倍。”

薄膜厚度的影响令研究人员感到惊讶，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。因为薄膜没有什么“优势”，传统观点认为薄膜本质上是不具有催化活性的。

但研究人员发现，材料的厚度很重要，因为MoS2薄膜越薄，它的导电性就越强——而它的导电性越强，作为催化剂就越有效。

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

曹操发明了这项技术形成高质量的MoS2薄膜在2013年的原子尺度上。目前从原子薄膜中产生氢气是由电力驱动的。他的团队正致力于开发一种太阳能水分解装置，该装置利用二硫化钼薄膜来制造氢气。

这张纸。”MoS2析氢的层依赖性电催化，于纳米快报．这篇论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生Yifei Yu。合著者包括北卡罗来纳州立大学的博士生李彦鹏;黄胜阳博士，前北卡罗来纳州立大学访问学者;和Drs。杜克大学的Stephan Steinmann和Weitao Yang。这项研究得到了美国陆军研究办公室拨款W911NF-13-1-0201的支持。

希普曼-

编者须知:研究摘要如下。

MoS2析氢的分层电催化

作者:于一飞，黄圣阳，李彦鹏，曹林友，北卡罗来纳州立大学;杜克大学的Stephan Steinmann和Weitao Yang

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的一个重大挑战。它要求协同能力，以原子尺度的精度调整结构，并控制催化反应通过明确的途径进行。这里我们利用MoS的可控增长₂原子薄膜，证明了MoS的催化活性₂对于析氢反应，每增加一层析氢反应就减少约4.47倍。在边缘丰富的MoS2金字塔血小板中也发现了类似的层依赖性。这种依赖于层的电催化作用可以与电子在垂直方向上的跃迁有关₂层间势垒上的层。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点的数量很重要不同，我们的研究结果表明，提高电子在垂直方向上的跳跃效率是开发高效二维材料催化剂的关键。