奥本大学张新宇教授：简易微波法制备高性能MoS2 /石墨烯催化剂

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美国奥本大学张新宇教授近期在Science China Materials 上发表文章，成功地证明了可以通过超快（60秒）微波引发的方法，来生产用于析氢反应（HER）的，低成本，高性能MoS₂/石墨烯催化剂。该催化剂对于推进基于清洁氢气的能源工业非常重要。由于其显著的催化性能，人们对二维二硫化钼（MoS₂）进行了深入研究。然而，大多数现有的合成方法耗时，复杂且效率较低。本文的工作首次使用固态微波合成的方法，制备高效能的MoS₂/石墨烯纳米复合材料作为析氢反应催化剂。

石墨烯的高比表面积和导电性为MoS₂纳米结构的生长提供了有利的导电网络，以及快速的电荷转移动力学。文中制备的MoS₂ /石墨烯纳米复合材料在酸性介质中对HER表现出优异的电催化活性，具有62mV的低起始电位，高阴极电流和43.3mV/dec的Tafel斜率。除了优异的催化活性外，MoS₂ /石墨烯还具有超长的循环稳定性，在250 mV的过电位下具有约1000 mA cm⁻²的非常高的阴极电流密度。此外，MoS₂ /石墨烯催化剂在30°C至120°C的温度范围内具有出色的HER活性，具有36.51  kJ mol⁻¹的低活化能，提供了潜在的大批量生产和制备的机会。

张新宇教授的课题组一直致力于探索大规模纳米制备的技术，避免传统纳米制备中所涉及的各种挑战，例如：制备时间长，设备复杂，昂贵，产品价格高，难以大批量生产等等。

课题组主要研究方向及相关文章：

1、纳米结构导电聚合物

自从七十年代被发现以来，导电聚合物一直吸引着众多科研工作者的注意力。最近的十几年，纳米结构的导电聚合物更是成为研究的焦点。课题组掌握多种化学制备纳米导电聚合物的方法，包括种子聚合法，表面活性剂模板法，自组装法等等，合成制备了导电聚合物的纳米球，纳米纤维，纳米回形针，中空纳米管，以及与金属纳米颗粒的复合材料。这些纳米材料可以广泛的应用于纳米电子元器件，储能材料，传感器，催化，电磁辐射防护，电极材料等工程领域。所发表的代表性文章包括Journal of the American Chemical Society 126 (14), 4502，Journal of the American Chemical Society 126 (40), 12714，Journal of the American Chemical Society 127 (41), 14156等。

2、化学生物传感器

化学生物传感器是使用纳米结构的导电聚合物及其复合材料作为电极材料，测试电极材料与被检测化合物以及生物试剂的电化学交互作用。利用纳米材料的超高比表面积，达到极高的敏感度和选择性。生产制备的电极材料对于过氧水，葡萄糖，甲醇，乙醇等化学，生物制剂有很高的敏感度和选择性。代表性论文主要有：Nanoscale 5 (9), 3872-3879，Nanoscale 4 (1), 106-109，Sensors and Actuators B: Chemical 201, 65-74等。

3、微波引发的纳米制备

固态微波纳米制备技术可以制备碳纳米管，纳米金属氧化物，硫化物等能源材料和功能材料。此方法具有制备速度快，批量大，无需复杂的工艺流程等优点，直接影响到未来纳米材料的产业化与应用。代表性论文有：Chemical Communications, 2011,47, 9912，ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7, 22469， Chemical Communications, 2006, 2477, J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9545等。

4、纳米能源相关领域

课题组近几年开始了纳米能源领域的探索，将设计制备的纳米导电聚合物及其复合材料应用于储能方面，并取得了一些最新进展。代表性论文：Nano Energy, 2016, 26, 550, Electrochimica Acta，2018, 260, 952, Electrochimica Acta, 2019, 311, 230, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 4, 4258等。

论文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40843-019-9555-0

张新宇教授课题组链接：

http://ecm.eng.auburn.edu/wp/zhanggroup/ 

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