顶刊动态 | EES/AM等近期光/电催化剂学术进展【新能源周报第20期】

近年来光/电催化剂性能的提高，很大程度上取决于结构的变化及其所带来的特殊电子转移效应。本周的新能源周报将带大家一览最近光/电催化剂在各大顶刊中的研究进展。

1.Energ. Environ. Sci.：目前为止最好的双功能竹荪状碳微管电催化剂

不同NCMT系列样品的性能与原理示意图

中科院金属研究所的刘畅研究员（通讯作者）等通过简单的热分解合成出一种可用作氧还原反应和析氧反应的双功能催化剂，即N掺杂的三维海绵状多孔碳微管。该材料在OER中10 mA cm^-2处的电位与ORR的-3 mA cm^-2处的电位差值小到0.63V，迄今最低。这是一个在柔性能源转换和能量储存体系中的里程碑式进步。

文献链接：A 3D bi-functional porous N-doped carbonmicrotube sponge electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions (Energy Environ. Sci.,2016,DOI:10.1039/c6ee02169g)

2.Energy Environ. Sci.：增强光电化学产氢的p-Si/NiCoSe_x核壳纳米柱阵列

硅纳米柱和p-Si/ NiCoSe_x纳米柱阵列核壳结构的形成示意图

浙江大学的张兴旺教授（通讯作者）等通过NiCoSe_x在硅纳米阵列上利用均匀的光辅助电沉积，合成出具有三维核壳结构的p-Si/ NiCoSe_x纳米柱阵列。这种优异的的催化剂在光电化学的制氢中有很高的活性。p-Si/ NiCoSe_x核壳阵列为制备高效光电太阳能转换器件提供了新的思路。

文献链接：p-Si/NiCoSe_x Core/Shell Nanopillar Array Photocathode for Enhanced Photoelectrochemical Hydrogen Production (Energy Environ. Sci.,2016, DOI: 10.1039/C6EE02215D)

3.Adv. Mater.：以有缺陷的活性炭为载体的锰钴纳米颗粒用于催化ORR

ORR催化原理示意图

澳大利亚格里菲斯大学昆士兰微纳米技术中心的姚向东教授（通讯作者）等合成出一种以含缺陷的活性炭作为载体的锰钴尖晶石结构催化剂。其中独特的载体和尖晶石结构产生的协同效应增强了ORR的活性及稳定性。这项工作推动了碱性燃料电池的商用可行性。

文献链接：Defective-Activated-Carbon-Supported Mn–Co Nanoparticles as a Highly Efficient Electrocatalyst for Oxygen Reduction (Adv.Mater., 2016,DOI:10.1002/adma.201601651)

4.Adv. Mater.：可增强析氢反应电催化活性的Ni-Co-MoS₂纳米盒

Ni-Co-MoS₂纳米盒形成过程

韩国汉阳大学的Ungyu Paik教授（通讯作者）和新加坡南阳理工大学的XiongWen (David) Lou教授（通讯作者）等通过Ni-Co普鲁士蓝类似物的纳米立方体和硫代钼酸铵反应合成了Ni和Co与 MoS₂混合的纳米盒。从而观察到一个有趣的结构演变过程——由纳米立方体到空心纳米盒的结构转变。并且在电催化析氢反应中表现出不错的性能。可见，通过空心纳米结构和掺杂过渡金属原子的电子结构调制，MoS₂电催化析氢反应活性有望得到进一步的改善。

文献链接：Formation of Ni–Co–MoS2 Nanoboxes with Enhanced Electrocatalytic Activity for Hydrogen Evolution (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201601188)

5.Adv. Mater.：二维TaS₂纳米片催化析氢反应

TaS₂纳米片催化机理示意图

上海交通大学的陈明伟教授（通讯作者）等利用离子技术对二维材料TaS₂纳米片进行刻蚀处理，使其形成高密度原子尺度孔洞，从根本上改善该材料的析氢反应活性。研究人员定量测量了该材料催化活性与原子缺陷密度的关系，从实验上证明两者之间具有正比关系，为理论探索二维材料催化机理提供了实验依据。该方法也可用于处理其他二维材料，使其表面形成可控缺陷从而影响其物理化学活性，这项研究为二维材料的加工和应用提供了新的思路。

文献链接：Atomic-Sized Pores Enhanced Electrocatalysis of TaS2Nanosheets for Hydrogen Evolution (Adv. Mater.,2016, DOI: 10.1002/adma. 201602502)

6.Adv. Energy Mater.：石墨相碳氮化物纳米片大幅度提高光催化活性

制备泡沫状多孔超薄纳米片的自上而下过程示意图

东北师范大学的邢艳教授(通讯作者)和中科院长春应化所的Shuyan Song （通讯作者） 通过在空气中长时间加热块状g-C₃N₄制备了宏观泡沫状多孔超薄的g-C₃N₄纳米片（CNHS），CNHS在产氢和光催化降解污染物中表现出卓越的性能。这项工作为研究纳米结构以实现高的催化活性提供了新思路。

文献链接：Macroscopic Foam-Like Holey Ultrathin g-C3N4 Nanosheets for Drastic Improvement of Visible-Light Photocatalytic Activity（Adv. Energy Mater. ,2016,DOI: 10.1002/aenm.201601273）

7.Angew. Chem. Int. Ed.：精确形成具有Janus表面的中空氮化碳结构来提升光催化性能

Co₃O₄/ HCNS /Pt复合材料的合成示意图

福州大学的王心晨教授（通讯作者）等将Pt和Co₃O₄纳米粒子分别控制生长在空心氮化碳球的内部和外部，用来提高聚合物半导体表面的氧化还原性能。通过空间上氢气和氧气析出反应位点的分隔与Janus面上电子的单向迁移来提升光催化活性。该成果将大力推进利用太阳能进行空心光合单位研究的发展。

文献链接：Precise Formation of a Hollow Carbon Nitride Structure with a Janus Surface to Promote Water Splitting by Photoredox Catalysis（Angew. Chem. Int. Ed. ,2016,DOI: 10.1002/anie.201606102）

本文由材料人编辑部新能源学术组大白供稿，点这里加入材料人的大家庭。参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,欢迎关注微信公众号，微信搜索“新能源前线”或扫码关注。