1. 萊斯大學Science：使用固體電解質直接電合成高達20％的純H2O2水溶液
過氧化氫（H2O2）合成通常需要大量的后反應純化。萊斯大學Haotian Wang團隊報道了一種直接電合成策略，該策略將氫氣（H2）和氧氣（O2）分別輸送到由多孔固體電解質隔開的陽極和陰極，其中電化學生成的H+和HO2-重組形成純H2O2水溶液。
通過優化功能性炭黑催化劑以減少兩電子氧，在高達200 mA/cm2的電流密度下實現了對純H2O2的> 90％的選擇性，這表示H2O2生產率為3.4毫摩爾/平方厘米/小時（3660摩爾） 每公斤催化劑每小時）。 通過調節通過固體電解質的水流速，可以獲得高達20％（重量）的濃度范圍的純H2O2溶液，并且催化劑在100小時內保持了活性和選擇性。
Direct electrosynthesis of pure aqueous H2O2 solutions up to 20% by weight using a solid electrolyte, Science, 2019,
DOI: 10.1126/science.aay1844
https://science.sciencemag.org/content/366/6462/226
2. Nat. Nanotech.：在Cu和Cu串聯電催化劑上電還原CO2-CO共進料過程中提高乙烯收率的反應機理
與提高能源效率和選擇性的挑戰不同，不純或故意混合的CO2原料對直接電化學CO2還原反應（CO2RR）的催化反應活性的動力學影響研究還很少。鑒于工業CO2進料經常被CO污染，因此有必要在CO2/CO共進料條件下對CO2RR進行更深入的研究。近日，柏林工業大學Peter Strasser?等報道了基于銅的納米催化劑上的CO2/CO共進料的CO2RR反應性的機理研究。
動力學同位素標記實驗（在具有毫秒級時間分辨率的操作差分電化學質譜毛細管流動池中進行）表明，C2H4的產量出乎意料地提高，通過交叉偶聯的12CO2-13CO反應路徑增加了近50％的產率。實驗表明，在反應物特異性位點的反應表面上，CO2和CO分子之間不存在位點競爭。金屬/非金屬摻雜Cu/Ni-N的碳串聯催化劑證明了在CO2消耗時持續局部界面CO分壓的實際意義。該工作在共同進料條件下改善了C2產物形成的機理，使不純的CO2/CO進料用于H2O/CO2電解槽成為了可能。
Xingli Wang, Jorge Ferreira de Araújo, Peter Strasser*, et al. Mechanistic reaction pathways of enhanced ethylene yields during electroreduction of CO2–CO co-feeds on Cu and Cu-tandem electrocatalysts. Nat. Nanotech., 2019
DOI: 10.1038/s41565-019-0551-6
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0551-6
3. Nat. Catal.：通過operando掃描隧道顯微鏡觀察到費托催化劑的活性位點
在多相催化中，直接鑒定催化劑的活性位點仍然是一個主要問題。近日，慕尼黑大學Joost Wintterlin團隊報道了利用operando掃描隧道顯微鏡觀測到鈷催化的費托合成反應的活性位點的研究。作者在H2/CO氣體混合物，壓力為950 mbar，溫度約為500K的條件下，對Co（0001）樣品進行了實驗。
作者在相同的設備上，使用定制的氣相色譜儀測量TOF；并通過濺射改變樣品的單原子臺階密度。研究發現，費托反應活性隨臺階密度而定，從而作者認為臺階為該反應的活性位點。此外，Co催化劑的活化與表面的粗糙化有關這一長期觀念尚未得到證實，反應過程中并沒有觀察到表面變粗糙。
Bernhard B?ller, Joost Wintterlin,* et al. The active sites of a working Fischer–Tropsch catalyst revealed by operando scanning tunnelling microscopy. Nat. Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0360-1
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0360-1
4. Nat. Mater.：光電化學中的納米半導體/催化劑界面
在光電化學裝置中使用的半導體結構（例如，薄膜，金屬絲，顆粒）通常用納米顆粒修飾，這些納米顆粒催化燃料形成反應，包括水氧化，析氫或二氧化碳還原。為了獲得高性能，納米粒子催化劑必須與下面的吸光半導體形成電荷-載流子選擇性接觸，在阻止相反的載流子收集的同時，促進空穴或電子轉移。盡管此類選擇性接觸在光電化學能量轉換和存儲中起著關鍵作用，但對底層納米級界面的了解卻很少，因為直接測量其性質非常困難，尤其是在操作條件下。
近日，俄勒岡大學Shannon W. Boettcher等使用n-Si/Ni光陽極模型系統和電勢傳感原子力顯微鏡，測量了界面電子轉移過程，并繪制了在納米半導體/催化劑界面上光電化學析氧過程中產生的光電壓。作者發現在器件運作過程中，當周圍的高勢壘區域開發時，通過納米級尺寸相關的夾斷效應，可以增強低肖特基勢壘n-Si/Ni接觸孔的選擇性。該工作證明了在實際的光電化學條件下進行接觸性能的納米級操作測量的能力，以及控制電子和空穴流經半導體/催化劑結的流量的設計原理，該原理與不同的光電化學裝置相關。
Forrest A. L. Laskowski, Shannon W. Boettcher*, et al. Nanoscale semiconductor/catalyst interfaces in photoelectrochemistry. Nat. Mater., 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0488-z
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0488-z
5. 楊培東Chem. Rev.：納米粒子催化中的表面和界面控制
非均相催化劑的表面和界面對其性能至關重要，因為它們通常被認為是催化反應的活性中心。隨著納米科學的發展，調節納米結構的表面和界面的能力為開發和優化多相催化劑提供了一種通用的方法。近日，加州大學伯克利分校楊培東等總結了氧還原反應（ORR），電化學CO2還原反應（CO2RR）和串聯催化納米顆粒催化劑的表面和界面控制。
在第一部分中，作者從ORR在納米級表面上的活性開始，然后集中介紹了優化Pt基催化劑性能的方法，包括合金化，核殼結構和高表面積開放結構。對于CO2RR，其催化劑的表面組成起主要作用，作者介紹了其反應基礎和不同納米金屬催化劑的性能。對于串聯催化，其單個納米結構中的相鄰催化界面催化順序反應，作者描述了其概念和原理，催化劑合成方法以及在不同反應中的應用。
Chenlu Xie, Zhiqiang Niu, Dohyung Kim, Mufan Li, Peidong Yang*, et al. Surface and Interface Control in Nanoparticle Catalysis. Chem. Rev., 2019
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00220
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00220
6. Chem. Rev.: 碳載體催化劑中載體效應的理論和實驗研究進展
載體通過將自身定位為大分子配體，在負載型金屬催化劑中起著重要的作用，它決定了活性位點的性質，間接地但有時也直接地促進了反應活性。金屬物種如納米粒子、團簇或單個原子可以沉積在碳材料上，用于各種催化反應。所有用作催化劑載體的碳材料構成了一個大家族的化合物，這些化合物可以在結構和結構層面上發生變化。今天，良好的合成方法、先進的表征技術和建模工具的最新發展使人們能夠在分子水平上構建金屬/載體/反應物之間的關系。
近日，圖盧茲大學Iann C. Gerber教授和Philippe Serp教授合作綜述了碳載體催化劑中載體效應的理論和實驗研究進展，從理論和實驗研究兩方面分析了如何以及為什么將金屬納米顆粒、團簇或單原子錨定在碳材料上用于催化，探討了碳載體表面有哪些位置可以用來錨定活性相，描述了一些重要的催化作用中炭載體發揮的作用，如金屬載體相互作用，限制溢出，和表面官能團效應，評論了在熱催化、電催化或光催化等多種反應中得到的催化結果。
Iann C. Gerber, Philippe Serp. A Theory/Experience Description of Support Effects in Carbon-Supported Catalysts. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00209
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00209
7. Chem. Soc. Rev.：CO2催化還原的表面策略：從二維材料到納米團簇再到單原子
氧化還原催化，包括光催化和（光）電催化，可以去除大氣中過量的CO2并將其轉化為增值品來緩解全球變暖問題和能源危機。納米到原子的二維（2D）材料，團簇和單原子是出色的催化劑，它們具有可加工的超薄/小尺寸和大表面積，引起了全世界的研究興趣。然而，目前CO2催化還原的研究和應用之間還存在差距。
近日，澳大利亞國立大學Zongyou Yin，上海交通大學Jianbo Wu，阿德萊德大學Shizhang Qiao等系統地和建設性地討論了迄今為止報道的CO2還原催化劑的納米到原子表面策略。該工作有利于推動表面策略設計高選擇性、高活性、高穩定性的CO2還原催化劑的發展，從而為氣候變化，能源和環境問題的可持續解決方案開辟新途徑。
Liming Wang, Shizhang Qiao,* Jianbo Wu*, Zongyou Yin,* et, al. Surface strategies for catalytic CO2 reduction: from two-dimensional materials to nanoclusters to single atoms. Chem. Soc. Rev., 2019
DOI: 10.1039/c9cs00163h
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00163h#!divAbstract
8. 張鐵銳Nat. Commun.：通用的大規模合成過渡金屬單原子催化劑的方法
金屬單原子催化劑由于其出色的活性和穩定性而受到關注。然而，金屬單原子催化劑大規模合成的通用策略尚未見報道。近日，中科院理化所張鐵銳等報告了一種通用的合成策略，該策略可以合成包含Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ru，Pt或它們的組合的過渡金屬單原子催化劑。
球差校正高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡和擴展X射線吸收精細結構光譜表征表明，過渡金屬原子均勻地分散在炭黑載體上。該合成方法可以大量生產金屬負載量大的碳載金屬單原子催化劑（> 1 kg規模）。所合成的Ni單原子催化劑在將二氧化碳電化學還原為一氧化碳方面表現出出色的活性，法拉第效率可達98.9％（-1.2 V）。
Hongzhou Yang, Lu Shang, Tierui Zhang*, et al. A universal ligand mediated method for large scale synthesis of transition metal single atom catalysts. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12510-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12510-0
9. JACS：n型鉛鈦氧氟化物陽極上的太陽能驅動光電化學水氧化
混合陰離子化合物（例如，氧氮化物和氧硫化物）是可見光水氧化的光陽極的潛在候選物，但其遭受光生空穴的氧化降解，導致穩定性低的問題。近日，東京工業大學Kazuhiko Maeda等報道了一個穩定的混合陰離子水氧化光陽極，該陽極由帶隙約為2.4 eV的氟氧化物Pb2Ti2O5.4F1.2組成。將Pb2Ti2O5.4F1.2顆粒涂覆在透明導電玻璃（FTO）載體上并進行TiO2覆蓋層的后沉積，在Pb2Ti2O5.4F1.2帶隙光激發時產生陽極光電流（λ< 520 nm）的光電流起始電位約為–0.6 V vs. NHE，與電解液的pH無關。
實驗發現，即使沒有負載水氧化促進劑（例如CoOx），也可以觀察到穩定的光陽極電流，若將CoOx負載到TiO2/Pb2Ti2O5.4F1.2/FTO電極上可將陽極光響應提高2-3倍。在AM1.5G模擬陽光（100 mW cm–2），施加的電勢小于1.23 V的情況下，使用優化的Pb2Ti2O5.4F1.2光陽極可實現穩定的水氧化產O2，法拉第效率為93％，且在運行4小時后幾乎沒有失活的跡象。
Naoki Hirayama, Kazuhiko Maeda,* et al. Solar-Driven Photoelectrochemical Water Oxidation over an n-Type Lead-Titanium Oxyfluoride Anode. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b06570
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06570
10. 廈門大學JACS：金屬有機層上[吡啶鎓-CO2-Co]加合物的協同穩定作用增強電催化CO2RR性能
吡啶鎓是金屬和半導體電極上電化學CO2還原的助催化劑，但其確切作用一直難以闡明。近日，廈門大學汪騁等在金屬有機層（MOL）上創建了鈷-原卟啉（CoPP）和吡啶鎓（pyH+）催化位點，用于電催化CO2還原反應（CO2RR）。該材料由[Hf6(μ3-O)4(μ3-OH)4(HCO2)6]二級結構單元（SBU）和基于吡啶的三羧酸酯配體構建而成，MOL與含有甲酸封端基團的CoPP通過羧酸酯交換后合成功能化。
CoPP基團和MOL上的吡啶鎓（pyH+）部分通過形[pyH+-O2C-CoPP]加合物來共活化CO2，這可增強CO2RR并抑制析氫，從而具有CO/H2為11.8的高選擇性。[pyH+-O2C-CoPP]中間體的協同穩定作用使得在-0.86 VRHE下產生CO的催化電流密度為1314 mA/mgCo，對應的TOF為0.4 s-1。
Ying Guo, Wenjie Shi, Cheng Wang*, et al. Cooperative Stabilization of the [Pyridinium-CO2-Co] Adduct on a Metal–Organic Layer Enhances Electrocatalytic CO2 Reduction. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b09227
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09227
11. Angew：通過黑磷快速活化鉑實現高效析氫
調節金屬催化劑的電子結構是優化電催化活性的有效方法。近日，中科院深圳先進院先進材料科學與工程研究所Xue-Feng Yu等研究發現黑磷（BP）具有驚人的提高鉑（Pt）催化劑活性的作用。BP可以有效且快速地調節Pt的表面電子結構，大大增強Pt析氫反應（HER）中催化活性。BP和Pt之間的獨特負結合能導致Pt-P鍵的自發形成，對Pt納米顆粒產生強大的配體協同作用，但在紅磷上不能形成Pt-P鍵。
理論和實驗研究表明，Pt-P鍵改變了Pt的固有電子結構和氫吸附自由能。通過控制Pt-P鍵的數量，可BP活化的Pt催化劑的HER活性提高3.5倍，該活性是最新商業Pt/C催化劑的6.1倍。在1 M KOH中，過電勢為70 mV的條件下，BP活化的1μg的Pt催化劑的電流密度可達82.89 mA cm-2，優于文獻中最先進的催化劑。該工作通過利用BP獨特的活化作用來操縱Pt催化劑電子結構，為合成用于各種催化反應和應用的高效Pt基催化劑提供了新的策略。
Xin Wang, Xue-Feng Yu*, et al. Rapid Activation of Platinum via Black Phosphorus for Efficient Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201911696
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911696
12. 馮新亮Angew：拓撲化學策略合成二維過渡金屬磷化物
過渡金屬磷化物（TMP）是一類重要的窄間隙半導體和電催化劑。但是，它們是固有的非分層材料，無法分層為二維（2D）薄片。近日，德累斯頓工業大學馮新亮等報道了一種自下而上的拓撲化學策略，使用磷片作為磷前體和2D模板來合成一系列2D TMP（例如Co2P，Ni12P5和CoxFe2-xP）。
值得注意的是，二維Co2P用作p型半導體，在300 K的場效應晶體管中顯示出20.8 cm2V-1s-1的空穴遷移率。由于電荷傳輸性能得到調整和改進的表面暴露，Co2P還可以作為析氧反應（OER）電催化劑。此外，鐵摻雜的Co2P（即Co1.5Fe0.5P）達到10 mA cm-2的電流密度，過電勢僅278 mV，其性能超過了商用Ir/C基準催化劑（304 mV）。
Sheng Yang, Guangbo Chen, Antonio Gaetano Ricciardulli, Panpan Zhang, Xinliang Feng,* et al. Topochemical Synthesis of Two‐Dimensional Transition Metal Phosphides Using Phosphorene Templates. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201911428
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911428
13. 樓雄文AM：揭示N摻雜碳基上負載的孤立Ni原子電催化析氧反應的活性起源
探索用于析氧反應（OER）的高效電催化劑并揭示其活性來源對于能量轉換技術至關重要。近日，新加坡南洋理工大學樓雄文等報道了一種Ni位點原子級分布在N摻雜空心碳基體上的在堿性條件下高效OER的電催化劑。
實驗發現，優化活性Ni位點配位幾何構型，可以觀察到活性顯著增強。X射線吸收光譜研究和DFT計算結果表明，通過Ni-N配位進行有效的電子偶聯可以降低費米能級并降低中間體的吸附能，從而促進了OER動力學。
Huabin Zhang, Xiong Wen (David) Lou*, et al. Unveiling the Activity Origin of Electrocatalytic Oxygen Evolution over Isolated Ni Atoms Supported on a N‐Doped Carbon Matrix. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201904548
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904548
14. AEM：原位產生氧缺陷實現高活性、高穩定性的光催化固氮
含氧空位（OVs）的光催化材料憑借OVs在N2捕獲和活化方面的特性在光催化固氮方面展現出良好的催化活性。然而，材料表面的OVs極不穩定，容易捕獲反應體系H2O/O2中的O原子，進而失活。針對這一問題，中南大學梁叔全教授、王梁炳教授與中國科學技術大學的鄭旭升研究員等設計合成了多孔的WO3材料，發現WO3納米顆粒的晶體接界處（GBs）在光照下會原位產生OVs，進而提高材料的光催化固氮性能。
具體而言，600 ℃下煅燒氧化得到的WO3-600在室溫、無犧牲試劑的反應條件下催化產NH3的速率高達230 μmol gcat-1 h-1，是不含GBs的WO3材料的17倍。此外，材料在數十次的循環測試中活性基本無降低，展示出極高的穩定性。進一步的機理探究表明，GBs和OVs的存在一方面會共同調節WO3的能帶結構，另一方面伴隨的W-O共價鍵合作用的增強會促使光生電子更易與N2反應。總而言之，本工作展現了原位產生的OVs在光催化固氮方面的作用，為設計合成高活性、高穩定性的固氮材料提供了新的思路。
Tingting Hou, Yu Xiao, Peixin Cui, Yining Huang, Xiaoping Tan, Xusheng Zheng, Ying Zou, Changxi Liu, Wenkun Zhu, Shuquan Liang, and Liangbing Wang. Operando Oxygen Vacancies for Enhanced Activity and Stability toward Nitrogen Photofixation. Adv. Energy Mater., 2019, 1902319.
DOI：10.1002/aenm.201902319.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201902319
15. ACS Catalysis: 高穩定性的尖晶石型NiAl2O4負載Pt催化劑用作甲醇水相重整制氫
成熟的制氫和儲氫技術是氫能源廣泛應用的前提，水重整制氫具有制氫溫度低、能耗低（原料無需汽化）、流程簡單、成本低和環保的優勢，是一種極具潛力的制氫新技術，然而常用的γ-Al2O3負載Pt催化劑存在載體易相變失活的問題。
鑒于此，華東理工大學王艷芹教授團隊設計制備了尖晶石型NiAl2O4負載Pt催化劑（Pt/NiAl2O4），其中的Pt有多個金屬態，有利于促進甲醇脫氫，而且NiAl2O4中的氧空位也有利于促進水煤氣轉變，兩者的協同作用使Pt/NiAl2O4催化劑用于甲醇水相重整制氫，具有優異的穩定性和催化活性。該工作為設計制備高穩定性、高催化活性的水相重整制氫催化劑提供了一種新的策略。
Didi Li, Yi Li, Xiaohui Liu, Yong Guo*, Chih-Wen Pao, Jeng-Lung Chen, Yongfeng Hu, Yanqin Wang*. NiAl2O4 Spinel Supported Pt Catalyst: High Performance and Origin in Aqueous-Phase Reforming of Methanol. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02243
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02243
16. ACS Catal.: DFT計算單原子催化劑對2e-氧還原反應的選擇性和催化活性
通過電化學還原部分O2合成H2O2是一種非常具有潛力的代替傳統Riedl–Pfleiderer化工工藝生產過氧化氫的技術，然而在酸性介質中電催化劑較低的催化活性和選擇性限制了其實際應用。
鑒于此，北京化工大學的黃世萍，南京理工大學的陳中方和美國波多黎各大學的張勝利合作利用密度泛函理論（DFT），分析了幾種重要的單原子催化劑催化二電子氧還原反應的催化活性，研究了他們在酸性介質中的催化活性、選擇性和穩定性，最后篩選出二維鋅酞菁等7種對電化學還原部分O2合成H2O2高催化活性的單原子催化劑。該工作對通過DFT理論模擬和計算，構建結構-性能關系，高效選擇電催化劑具有重要的借鑒意義。
Xiangyu Guo, Shiru Lin, Jinxing Gu, Shengli Zhang, Zhongfang Chen, Shiping Huang. Simultaneously Achieving High Activity and Selectivity towards Two-Electron O2 Electroreduction: the Power of Single-Atom Catalysts, ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02778
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02778
17. ACS Catal.: Fe/N/C氧還原反應催化劑的研究進展
由于對氧還原反應（ORR）的高活性和對四電子途徑的選擇性，單原子Fe/N/C電催化劑被認為是燃料電池中最有潛力的低成本催化劑。盡管在過去的十年中，Fe/N/C催化劑取得了顯著的進步，但在催化活性和耐久性方面，仍遠遠落后于用于輕型車輛的質子交換膜燃料電池等實際裝置的Pt基材料。近年來，在鐵/氮/碳電催化領域的研究進展主要是基于經驗方法和隨機組合合成條件以及改變前驅體。為了合理設計適用的Fe/N/C催化劑，需要對Fe/N/C的電催化有深刻的理解。
近日，武漢大學的陳勝利和美國東北大學的Qingying Jia, Sanjeev Mukerjee課題組合作綜述了Fe/N/C氧還原反應催化劑的研究進展，他們對Fe/N/C催化劑目前的發展狀況與挑戰進行了總結，對可能存在的催化活性中心進行了分類歸納以及對各自的優缺點進行了比較，從活性中心的角度出發，對存在的pH效應以及穩定性差等提出了深度的分析。這些總結和展望對高催化活性和高穩定性的Fe/N/C材料研究的未來方向提出了指導性意見。
Wang Wang, Qingying Jia*, Sanjeev Mukerjee*, Shengli Chen*. Recent Insights into the Oxygen-Reduction Electrocatalysis of Fe/N/C Materials. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02583
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02583
18. Nano Letters: 反鈣鈦礦型氮化物CuNCo3-xVx用作高效持久的OER催化劑
鈣鈦礦氧化物具有成本低、穩定性好、OER催化活性高等優勢，是一種非常具有潛力的OER催化劑，然而，低電導率限制了其廣泛實際應用。鑒于此，華南理工大學的崔志明教授團隊設計合成了一種鈷基反鈣鈦礦氮化物CuNCo3-xVx，研究發現，V取代Co位可以下移d帶中心，從而減弱了吸附物與OER催化劑之間的相互作用，該析氧反應催化劑具有優異的電催化性能，達到10mA/cm2的電流密度僅需235mV的過電勢。該工作為設計制備高催化活性、低成本的OER催化劑提供了一種新的思路。
Jiaxi Zhang, Xiao Zhao, Li Du, Yutao Li, Longhai Zhang, Shijun Liao, John B. Goodenough, Zhiming Cui. Antiperovskite Nitrides CuNCo3–xVx: Highly Efficient and Durable Electrocatalysts for the Oxygen-Evolution Reaction. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03168
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03168
19. Nano Letters: 電解液柵效應對單分子層MoS2的HER性能具有重要作用
根據密度泛函理論，單分子層MoS2對析氫反應的電催化活性接近鉑。然而，它的實際活性要低得多，這被廣泛認為是由于單分子層MoS2和它的電接觸之間形成的較大的肖特基屏障。為了更好地了解接觸電阻在限制單分子層MoS2對HER電催化劑性的影響，近日哥倫比亞大學的James Hone和Daniel V. Esposito合作，采用可以在電化學測試期間同時測量接觸電阻和對HER電催化活性的測試平臺。
研究發現，即使初始器件在空氣中的接觸電阻非常低，在0.5M的H2SO4電解液中，其產生了極高的接觸電阻，這是因為H2SO4是一種強的p型摻雜劑，可以耗盡MoS2中的自由電子。然而，在施加負電位的情況下，這種摻雜可以通過一種強烈的電解液調節的柵效應來緩解，這種柵效應可以通過適當配置單分子層MoS2電催化劑從而降低接觸電阻和片電阻，可達在5個數量級以上，在這種情況下，接觸電阻變得微不足道，MoS2電極的性能受HER動力學的限制。該工作對設計低維半導體電催化劑和光催化劑具有重要的借鑒意義。
Xiangye Liu, Baichang Li, Xufan Li, Avetik R. Harutyunyan, James Hone*, Daniel V. Esposito*. The Critical Role of Electrolyte Gating on the Hydrogen Evolution Performance of Monolayer MoS2. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03337
