电催化水裂解制氢是一种经济、清洁的碳中和策略。二维层状过渡金属碳化物（2D TMC）被认为是具有实际应用前景的析氢催化剂。但在实际应用中，2D TMC的服役寿命较短。通过构建超薄碳层，有望在不牺牲催化活性的前提下显著提高材料的稳定性。然而，目前2D TMC的合成方法主要为化学气相沉积法与MAX刻蚀法，需要长时间的高温反应或严苛的蚀刻工艺，难以实现反应的即时停止与均匀碳层的可控构筑。因此，开发一种快速、绿色、可控的策略来构筑超薄碳层终端修饰的2D TMC极具挑战性与重要性。
近日，武汉纺织大学化工学院、省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室万骏教授团队在Applied Catalysis B: Environmental（IF=24.3）上发表了题为“Microwave-Pulse Sugar-Blowing Assisted Synthesis of 2D Transition Metal Carbides for Sustainable Hydrogen Evolution”的论文。武汉纺织大学为第一单位，硕士生胡荣为第一作者。该论文报道了一种微波脉冲糖吹法，能快速、简便地实现超薄碳层支撑2D TMC的可控构筑。在高能微波的可控脉冲下，聚合物会发生热力学弛豫效应，形成具有超薄碳层修饰的定向拓扑二维结构。该策略可在三分钟内普适性地制备多种2D TMC。制备的2D W2C展现了优异的电催化析氢稳定性（100 h）。这种自组装、可扩展、低成本的策略为快速设计具有长服役寿命的2D TMC提供了一种新思路。
（1）高温高能、即时可控的微波脉冲技术与定向拓扑的糖吹机制相结合，能有效构建超薄碳层终端修饰的2D TMC。
（2）以二维碳化钨的合成为例，产物的晶体结构为六方晶相的W2C，形貌为二维超薄纳米片，具有大面积的高质量晶格条纹。
（3）利用微波脉冲的即时可控优势，随时抽取不同反应阶段的样品进行类原位表征，可清晰展示聚合物热解、碳化物鼓泡以及破裂二维化等结构演变过程。
（4）该策略可普适性地制备二维W2C、WC、Mo2C、MoC纳米片。
（5）所制备的超薄碳层（1 nm）修饰的2D W2C在电催化析氢反应中能展现优异的催化活性与超长循环寿命（100 h）。
作者简介
向上滑动阅览
万骏，男，1990年生，武汉纺织大学特聘教授，化工学院。本、博及博士后毕业于华中科技大学。省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室研究人员。获批湖北省人才计划“楚天学子”、国家留学基金委全额资助赴新加坡国立大学访问学者。长期从事新能源纳米材料的新型制备与高性能智能纺织品的研究。主持及参与国家自然科学基金3项、湖北省自然科学基金1项、湖北省教育厅人才项目1项、中国博士后科学基金1项、国家及省重点实验室基金4项。以第一作者及通讯作者身份在Adv. Funct. Mater.、Appl. Catal. B: Environ.、J. Mater. Chem. A、Carbon、Carbohyd. Polym.等学术期刊发表论文17篇。已授权中国发明专利3项。担任Front. Mater.、Polymers客座编辑、Front. Chem.评审编辑、武汉纺织大学学报编委、新加坡Viser专家库材料专家委员会委员、湖北省化学化工学会会员。
论文信息
Rong Hu#, Huiyu Jiang#, Jinglin Xian#, Shiyun Mi, Liyun Wei, Guangyu Fang, Jiayue Guo, Siqi Xu, Ziyang Liu, Huanyu Jin*, Weilin Xu, Jun Wan*, Microwave-Pulse Sugar-Blowing Assisted Synthesis of 2D Transition Metal Carbides for Sustainable Hydrogen Evolution. Applied Catalysis B: Environmental 2022, 121728原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337322006695
化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：chen@chemshow.cn
欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chen@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。