新能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存技術(shù)是當(dāng)今世界解決目前化石能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的核心途徑。廉價(jià)的電解水產(chǎn)氫催化劑和高容量的儲(chǔ)能材料成為大規(guī)模推廣此類(lèi)新能源技術(shù)的關(guān)鍵。對(duì)于電解水產(chǎn)氫而言，貴金屬鉑基催化劑的產(chǎn)氫活性最好，但其有限資源無(wú)法推廣使用。相比而言，非貴金屬鉬基材料以其特殊的理化性質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的分解水制氫活性，但存在導(dǎo)電性低及材料團(tuán)聚問(wèn)題嚴(yán)重，這導(dǎo)致材料活性位點(diǎn)暴露少和穩(wěn)定性差等問(wèn)題。為了解決這些挑戰(zhàn)性問(wèn)題，近日，北京大學(xué)工學(xué)院郭少軍團(tuán)隊(duì)提出了一種具有強(qiáng)耦合作用鉬基金屬雜化材料的制備新策略提升電催化產(chǎn)氫性能，并發(fā)現(xiàn)強(qiáng)耦合材料對(duì)于儲(chǔ)鈉展現(xiàn)了優(yōu)異的容量、倍率和穩(wěn)定性，相應(yīng)結(jié)果發(fā)表在Advanced Materials，全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201706085。

目前的工作首先制備具有多級(jí)空心結(jié)構(gòu)的鉬基金屬螯合物，通過(guò)煅燒原位轉(zhuǎn)化的方法制備一系列鉬基化合物（包括MoP, MoS2, Mo2C和MoO2）與碳空心基底之間具有強(qiáng)耦合相互作用的雜化材料（圖1）。多級(jí)碳空心結(jié)構(gòu)(HCSs)具有較高的表面積，優(yōu)異的導(dǎo)電性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，成為最佳的復(fù)合材料基底。通過(guò)原位轉(zhuǎn)化得到的超小鉬基活性材料與碳空心基底材料強(qiáng)烈耦合，有效提高材料的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。電催化產(chǎn)氫測(cè)試表明MoP@HCSs在酸性溶液和堿性溶液中均具有優(yōu)異的析氫反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。另外研究發(fā)現(xiàn)，MoS2/C HCSs作為鈉離子電池負(fù)極材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在4A/g電流密度進(jìn)行充/放電循環(huán)1000圈，其容量依舊高達(dá)410mAh/g。這種獨(dú)特的碳納米片上生長(zhǎng)MoS2納米片結(jié)構(gòu)可以縮短離子傳輸路徑，多級(jí)碳空心結(jié)構(gòu)有效提高電子傳輸性能和緩解充放電過(guò)程中應(yīng)力的變化，同時(shí)這種強(qiáng)相互耦合作用可以避免MoS2納米片層結(jié)構(gòu)的團(tuán)聚，有效提高電極材料的倍率性能和循環(huán)壽命。該工作為下一代新型高性能能源材料的設(shè)計(jì)提供了新策略和指導(dǎo)思路。

圖1.具有強(qiáng)耦合作用鉬基雜化金屬材料制備示意圖

論文第一作者是課題組博士后楊勇，郭少軍為論文的通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。