近日，中国科学技术大学俞书宏教授研究组发展了一步法合成技术，成功实现了二硒化钴和二硫化钼材料的“化学嫁接”，研制了具有析氢性能接近贵金属铂的水还原高效复合催化剂。该研究成果以“Anefficientmolybdenumdisulfide/cobaltdiselenidehybridcatalystforelectrochemicalhydrogengeneration”为题发表在1月14日出版的《自然·通讯》上（NatureCommun.2015,6,6982:DOI:10.1038/ncomms6982）。
近年来，该研究组围绕新型非贵金属氢电极材料和氧电极材料的设计，在电解水用新型非贵金属电极材料的设计和制备技术方面上取得一系列进展。开展了基于过渡金属硫族化合物研制新型非贵金属氢电极材料和氧电极材料的研究，通过合理的化学“嫁接”手段，选择廉价的材料和利用材料协同增强效应，为设计和制备非贵金属新型复合催化剂提供了新途径，有望为电解水工业提供新型、廉价、高效、持久的水还原和水的氧化反应电催化剂。研究成果先后发表在NatureCommun.2015,6,6982;Chem.Soc.Rev.2013,42,2986-3017;J.Am.Chem.Soc.2009,131,7486–7487;J.Am.Chem.Soc.2012,134,2930–2933;Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,8546-8550;ACSNano2014,8,3970-3978;Small2015,11,182-188等国际期刊上。
此外，该研究组在设计新型非贵金属水电解阳极材料方面也取得了一系列进展。因涉及四电子反应，水氧化相对于水还原（二电子反应）是一个更复杂过程。在水电解池中，氧电极相对于氢电极有更大的过电位需求，导致主要的电能损耗。研究人员在国际上率先发现，廉价的二硒化钴自身具有内在的水氧化活性。通过引入新的功能性材料能调节该材料的金属催化活性中心的电子结构，优化其对氧中间物的吸附键能，大大增强氧电极的反应速率。例如，引入四氧化三锰和二氧化铈，可制备四氧化三锰/二硒化钴（J.Am.Chem.Soc.2012,134,2930–2933）和二氧化铈/二硒化钴（Small2015,11,182-188）复合材料，在0.1MKOH电解质中氧化水的塔菲尔斜率分别为64mV/decade和44mV/decade，其中二氧化铈/二硒化钴的催化性能甚至超过了商业二氧化铷电催化剂。而将高比表面、高导电性的石墨烯与二硒化钴复合后得到的复合催化剂的塔菲尔斜率为40mV/decade，在336mV过电位下的TOF值为0.03565（二氧化铷为0.01724），展现了优异的水氧化反应动力学特征（ACSNano2014,8,3970-3978）。
上述研究工作受到国家重大科学研究计划项目、苏州纳米科技协同创新中心、中国科学院重点部署项目、国家自然科学基金委重点项目等的支持。
（合肥微尺度国家实验室，化学与材料科学学院，苏州纳米科技协同创新中心，科研部）