Small：非金属异质结构提高酸性析氢反应

一、【导读】

   持续增长的能源需求使得限制化石燃料燃烧的替代技术的实现和主导变得迫在眉睫。电化学水分解制氢是一种绿色可行的制氢方法。目前流行的铂基电催化剂的高成本和稀缺性等方面限制了其商业化。因此，开发具有丰富活性位点和良好导电性的非金属、廉价、高性能的HER电催化剂至关重要。在不断寻找替代、高效和廉价的电催化剂过程中，碳纳米材料在质子还原和随后的析氢反应（HER）方面显示出了巨大的潜力。因此，合理设计和提高廉价非金属碳纳米材料对HER的活性和耐久性是一个巨大的挑战。为了实现这一目标，在设计多相电催化剂以进一步提高其性能时，异质界面之间的相互作用、层次结构以及适当电催化载体的选择都是十分重要和关键的因素。

二、【成果掠影】

   近日，希腊理论和物理化学研究所 Nikos Tagmatarchis团队成功将碳点（CDs）原位生长在碳纳米角（CNHs）上实现全碳非金属之间的异质界面作用（CDs/CNHs nanoensemble）。CDs/CNHs nanoensemble表现出对HER的高催化活性。相关的研究成果以“Carbon Dots Strongly Immobilized onto Carbon Nanohorns as Non-Metal Heterostructure with High Electrocatalytic Activity towards Protons Reduction in Hydrogen Evolution Reaction”为题发表在Small上。

三、【核心创新点】

  1、作者通过简单的水热法原位生长将CDs固定在CNHs上。非凡的 3D 多孔 CNHs结构为原位生长的CDs提供了出色的导电支持，改善了异质界面处的电荷转移。

  2、全碳非金属CDs/CNHs nanoensemble表现出接近Pt/C的起始电位、低电荷转移电阻以及优异的稳定性（10000次循环）。

四、【数据概览】

图1 非金属CDs/CNHs nanoensemble的制备。© 2023 Wiley

图2 CDs/CNHs的TEM和HRTEM图。a、b、d、e）CDs/CNHs 在低倍率下的 TEM 图像。c,f）分别在 (b) 和 (e) 中显示的红色和绿色区域的 HRTEM显微照片。(c)和(f)处的插图显示CDs的FFT。© 2023 Wiley

图3 a) ATR-IR 光谱、b) 拉曼光谱(514 nm)和c)在氮气气氛下获得的 CDs/CNHs（红色）、CDs（黑色）、oxCNHs（红色）和原始CNHs（粉红色）的热重分析图。© 2023 Wiley

图4  CDs/CNHs（蓝色）和 CDs（黑色）在水中的a) 吸收和 b) 光致发光光谱。© 2023 Wiley

图5  a) HER在10000次循环之前（实线）和之后（虚线）的LSV，b) Tafel 斜率，和 c) Nyquist 图，CDs/CNHs（蓝色），CDs（黑色），ox-CNHs（红色），和 Pt/C（灰色）。在0.5 M H₂SO₄水溶液中以1600 rp 转速和5 mV s^-1扫描速率获得LSV 图。© 2023 Wiley

五、【成果启示】

  综上所述，该工作通过在CNHs的3D多孔导电网络结构上原位生长和固定CDs，获得了一种全碳、非金属、高活性的HER电催化剂。该工作的研究强调了应用有效策略开发新型电催化剂的重要性，并可能为高活性非金属电催化剂的合理设计提供有价值的信息和方向。 

原文详情：https://doi.org/10.1002/smll.202208285

本文由K . L撰稿。