Carbon Energy:优化界面电子耦合相互作用开发高效水分解反应析氢电催化剂

研究背景

       氢气是一种理想的清洁能源，具有能量密度高、储量丰富和燃烧产物无污染等特性。电解水是重要的制氢方法之一，其效率的关键在于高效和低成本的电催化剂。目前，铂族贵金属及其合金是最有效的析氢电催化剂，但其高昂的成本、低储量及其易毒化等严重阻碍了其大规模的应用。因此，开发廉价、高催化活性和高稳定性的析氢催化剂是当前电解水领域研究的热点之一。 

       聚苯胺（PANI）因其优异的化学耐久性，高导电性，反应物的强吸附能力以及快速的氧化还原特性来储存电荷而被认为是一种很有前途的电催化反应和超级电容器材料。然而PANI由于其非常强的氢吸附，不能直接用作析氢电催化剂。

成果简介

       近日，新加坡南洋理工大学化学与生物医药工程学院王昕（Xin Wang）教授团队使用基于不同金属氧化物（如WO3, W18O49和MoO3）和聚苯胺（PANI）之间的界面d-π电子耦合相互作用，有效地调控了界面电子结构和中间体*H在聚苯胺的N位点的吸附强度（ΔGH*）。

        研究者发现当WO3与PANI相互作用时，能够有效地优化ΔG*H接近最优值0，因此得到的WO3/PANI复合催化剂表现出了优异的电催化析氢性能，在10mA cm-2下表现出最低的过电位（74mV）。该策略具有通用性，使用MoO3与PANI相互作用，也能表现出可观的催化活性。该项研究不仅开发了一种高效酸性析氢催化剂，也为合理的设计和合成有效的电催化剂、理解电催化剂的结构-性能相互关系规律提供了思路。 

    相关论文在线发表在Carbon Energy (DOI: 10.1002/cey2.3)，新加坡南洋理工大学化学与生物医药工程学院博士后黄振峰为论文第一作者，王昕教授为论文通讯作者。

文章链接

Optimizing interfacial electronic coupling with metal oxide to activate inert polyaniline for superior electrocatalytic hydrogen generation

Zhen‐Feng Huang，Jiajia Song，Yonghua Du，Shuo Dou，Libo Sun，Wei Chen，Kaidi Yuan，Zhengfei Dai，Xin Wang*

Carbon Energy.2019

DOI: 10.1002/cey2.3

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.3

扫码阅读全文

作者简介 

王昕

        王昕教授目前是南洋理工大学化学与生物医药工程学院院长、英国皇家化学会会士(FRSC)、Carbon Energy副主编。王昕教授在浙江大学化学工程专业获得学士学位(1994年)和硕士学位(1997年)，在香港科技大学化学工程专业获得博士学位(2002年)。博士毕业后，2003年至2005年期间在加州大学河滨分校从事博士后研究，同时担任初创燃料电池公司的研发总监和副总裁。2005年加入南洋理工大学担任助理教授，2010年晋升为副教授，2016年晋升为正教授。研究成果在Nature Energy、Science Advances, Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials和Energy & Environmental Science等国际化学化工顶尖期刊发表SCI论文180多篇，论文引用已超过19000余次，H-index为68。拥有国际专利6项，其中1项授权给一家初创公司。

作者访谈

1.您在Carbon Energy发表的这篇文章的主要内容或亮点是什么？

王昕教授：通过调控金属氧化物和聚苯胺之间的界面d-π电子耦合相互作用，把原来惰性的聚苯胺转变成高效酸性析氢催化剂。

2.作为作者，您在Carbon Energy 的投稿体验如何？

王昕教授：投稿系统非常直观，体验顺畅。编辑处理也非常及时。

3.您现在的研究兴趣是什么？            

王昕教授：我的研究方向为电催化和电合成在能源及环境中的应用。研究重点包括1）燃料电池、CO2电还原和水分解的电催化剂和电极开发；2）电合成制备高附加值化学品；3） 海运船舶尾气治理及反应器研究。

4.作为活跃科学家，您对青年科研工作者有何建议？

王昕教授：选科研课题不要随大流，随大流很容易被淹没，要有独立判断。选定课题后，一定要深耕细作，避免浮躁，把科学问题研究透彻。