氢能由于其高能量密度、无污染和可再生的特点,被认为是化石燃料的理想替代者。电催化水分解是目前最成熟,最有前景的制氢技术。然而,目前的电催化水解
制氢过程多数会使用贵金属催化剂(如Pt、Ir、Ru等),依然存在制氢成本偏高的问题。因此,开发低成本、高性能的非贵金属催化剂是目前的关注热点。在此,本工作构筑
了一种双掺杂碳层包覆Mo₂C纳米晶催化剂,实现了对催化表面局域电子结构的精细调控。这种催化剂在碱性溶液中表现出优异且稳定的析氢性能。在大电流密度下,其催
化活性甚至超过了商业Pt/C催化剂,成为了碱性溶液中最好的非贵金属基HER催化剂之一。本文揭示了催化界面的精细调控对碱性HER催化的重要性,并为探索非贵金属析
氢催化剂提供了新的思路。
Mo₂C@BNC的制备示意图如图1所示。
以钼酸铵、双氰胺和硼酸为原料,采用便捷的一锅热解法合成了包覆在Mo₂C纳米晶上的B,N双掺杂超薄碳层(MoC@BNC)。
通过TEM和HR-TEM对制备样品的形貌进行了表征。Mo₂C@BNC为泡沫状结构,其中平均粒径3.3 nm的Mo₂C纳米晶均匀分布在BNC衬底上。此外HR-TEM显示出超
细Mo₂C纳米晶被超薄的碳层(少于3层)所包覆,可防止高温制备过程中Mo₂C纳米粒子的聚集,并且可以保护催化剂在催化反应中不受电解质的腐蚀。另外超薄的碳壳有利
于电子从内部Mo₂C向碳表面转移,从而引起外部碳壳电荷的重新分布。进一步利用XRD、Raman和FT-IR光谱分析了Mo₂C@BNC的详细结构。样品的XRD图谱可以很好的
对应于六方β-Mo₂C (PDF#35-0787)。此外未见其他峰,说明B和N主要被引入Mo₂C晶体的碳主体中。Raman光谱除证实Mo₂C相的形成外,还表明了引入B元素增加了石墨结
构的无序性。Mo₂C@BNC的FT-IR光谱表现出B-N、C−B和C−N键的特征峰。上述结果表明制备的Mo₂C@BNC具有独特的微观结构,其中Mo₂C纳米晶体被超薄的B, N双掺
杂碳层所包覆。
图1. N,B双掺杂Mo C纳米晶体(MoC@BNC)的制备示意图。