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?ACS Catalysis：納米多孔Cu2-xS膜在中性環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效析氫

據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)預(yù)計(jì)，到2040年，全球能源需求將增長(zhǎng)約30%。通過水分解過程將可再生電力轉(zhuǎn)化為綠色氫(H₂)，已成為一種有前景的能源技術(shù)以應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求并實(shí)現(xiàn)交通、供暖和精細(xì)化工部門的脫碳。

目前的水分解技術(shù)使用的是造成環(huán)境污染和處理危害的極端pH條件。特別是基于Pt的催化劑，雖然HER性能十分優(yōu)異，但是由于稀缺性和高成本等其他限制，只能在酸性介質(zhì)中使用。因此，利用地球上豐富的材料，制備出能在溫和的pH條件下高效穩(wěn)定析氫的催化劑是十分重要的。

基于此，巴斯克大學(xué)Sara Barja、海梅一世大學(xué)CamiloA. Mesa和Sixto Giménez(共同通訊)等人報(bào)告了一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展的合成策略來制備Cu_2-xS電催化劑，該催化劑在工作1個(gè)月后，析氫速率仍會(huì)增加。

本文對(duì)Cu_2-xS電催化劑的HER性能進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試，令人興奮的是，本文制備的Cu_2-xS電催化劑展示了破紀(jì)錄的穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性比迄今為止報(bào)道的最好的Cu_2-xS催化劑和Cu_2-xS衍生的電催化劑高出9倍。引人注目的是，Cu_2-xS電催化劑在-1 V_RHE時(shí)的電流密度(J)單調(diào)增加了8倍，從約-50 mA cm^-2增加到約-400 mA cm^-2。

此外，催化劑HER性能的增強(qiáng)還可以通過過電位的變化(從約-530 mV到約-130 mV，-10 mA cm^-2)觀察到。

本文制備的Cu_2-xS電極的過電位比之前報(bào)道的應(yīng)用在pH=7的電解質(zhì)中的Cu_2-xS HER催化劑少約60 mV。與Cu_2-xS電催化劑相比，純Cu基底沒有顯示出明顯的HER活性，這清楚地表明電極的HER催化活性來自材料Cu_2-xS。

綜上所述，本文報(bào)告了一種地球資源豐富的Cu_2-xS電催化劑，其可用于可持續(xù)產(chǎn)氫。此外，本文提出的合成路線還較為簡(jiǎn)單、快速、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，所有這些特點(diǎn)使本文的催化劑在可擴(kuò)展性和后續(xù)技術(shù)部署方面非常有競(jìng)爭(zhēng)力。

值得注意的是，本文的研究揭示了電流密度的增加和電化學(xué)活性表面積(ECSA)之間的直接關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)了隨著工作時(shí)間的增加而更快的HER動(dòng)力學(xué)。

更加重要的是，本文利用光譜電化學(xué)分析研究了Cu基薄膜的HER，原位XRD分析以及無(wú)空氣XPS表征表明了催化劑的催化活性位點(diǎn)位于Cu物質(zhì)上?？傊疚闹苽涞腃u_2-xS電催化劑具有豐富的地球資源以及環(huán)境友善等優(yōu)勢(shì)，再加上其在幾乎中性的pH條件下的優(yōu)異性能，可能為未來設(shè)計(jì)高效、耐用和具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的析氫電催化劑鋪平道路，用于廣泛的電合成應(yīng)用。

Highly Durable Nanoporous Cu_2–xS Films for Efficient Hydrogen Evolution Electrocatalysis under Mild pH Conditions, ACS Catalysis, 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c01673.

https://doi.org/10.1021/acscatal.3c01673.

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