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ChemSusChem:生物质衍生的碳基多组分集成催化剂用于电化学水分解2023-08-02
江西师范大学何纯挺教授团队在ChemSusChem期刊发文对生物质衍生碳基多组分集成催化剂(Multicomponent integration catalysts, MICs)及其电催化水分解应用进行了讨论,文章重点探讨了生物质衍生MICs的制备方法及其组分和结构调控,并对该类电催化剂发展中存在的问题和关键方面进行了讨论和展望。

 

 

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开发新型的清洁能源对实现“双碳”的战略目标至关重要。氢气作为一种能量密度高的清洁能源,极具发展前景。电催化水分解制氢技术将可再生电力转化成氢能,是最具潜力的绿色能源技术之一。但是在大规模的工业化进程中,这一技术仍受到催化材料的高成本和低效率等问题的制约。其中,兼具活性和价格优势的新型电催化剂开发是促进这一技术发展的重要环节。碳基MICs,具有可调节的组分和微纳结构,可以通过利用每个组分的协同作用平衡反应中间体的吸/脱附,甚至打破它们的能量比例关系。同时,其具有耐酸碱性、强导电性和高比表面积等优势。生物质作为一种储量丰富、含碳量高且具有独特微观结构的自然资源和天然的分子基材料,是制备碳基复合材料的良好前体。生物质衍生碳基MICs通常成本低廉,同时可以保留生物质原有的特殊微观结构,并且无需外加化学制剂原位引入氮磷等杂原子,能有效地调控材料的电子结构及其理化特性。

江西师范大学何纯挺教授团队在ChemSusChem期刊发表前瞻性综述文章,对近年来面向电催化水分解领域的生物质衍生碳基MICs的研究工作进行了总结,阐述了生物质作为前驱体制备碳基MICs的合成方法和优势,归纳了不同种类生物质的结构特征及其衍生材料的特点,指出了该类催化剂在OER/HER和全水分解中的重要潜力。同时,文章展望了生物质衍生碳基MICs在水分解应用的前景和挑战,并提出了新的生物质基催化剂的设计思路。利用生物质丰富的有机官能团和特定的多孔结构可以分别提供配位和空间限域作用,类似于人工合成的多孔分子基材料,从而避免金属纳米颗粒的团聚,制备尺寸超小的纳米团簇乃至单原子材料,这将成为探索纳米颗粒与载体之间相互作用和优化生物质纳米材料性能的有益方向。该文章对高效廉价的水分解电催化剂的设计和相关构效关系研究具有重要的参考价值。

文信息

Biomass-derived carbon-based multicomponent integration catalysts for electrochemical water splitting

Lu-Yao Guo†, Jin-Feng Li†, Zi-Wei Lu, Jia Zhang*, and Chun-Ting He*

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202300214

 

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