史桂梅, 孙 浩

(沈阳工业大学 理学院, 沈阳 110870)

0 引 言

传统化石燃料的巨大消耗产生了大量的二氧化碳气体,导致了全球气候变暖和环境问题的加剧。为此,迫切需要开发非化石燃料能源。氢气是一种良好的可再生无碳能源,具有很高的能量密度,其单位质量的能量密度分别是石油的3.38倍和天然气的2.63倍,而且氢气在燃烧过程中只会产生水和热量,没有其他任何有害物质产生,被认为是21世纪最具有发展潜力的清洁能源[1-2]。通过电化学水裂解生成氢气被认为是一种重要的绿色技术。水裂解反应由阴极的析氢反应(hydrogen evolution reaction, HER)和阳极的析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)组成[3-4]。在电化学反应过程中,水电解反应需要在催化剂的辅助下进行,以此来降低反应势垒,从而提高电催化反应的效率。目前公认的最有效的析氢和析氧催化剂是Pt和RuO2等贵金属催化剂[5],但是由于其价格昂贵,储量稀少,在商业上的应用较为受限。

研究表明,过渡金属化合物(金属氧化物、金属硫化物、磷化物和碳化物/氮化物)具有高性能、低成本以及长期持久的稳定性等特点,被认为是良好的HER电催化剂[6-8]。在上述化合物中,过渡金属硒化物具有较窄的带隙和较高的电导率,具有更好的催化性能[9]。近年来的研究发现,二元金属或多金属硒化物具有良好的电催化能力,它们可能成为很有前途的HER电催化剂[10]的候选材料。二元过渡金属电催化剂可以通过引入电子融合匹配良好的二次金属元素来有效地改善材料的电子结构,使材料暴露出更多的活性位点,从而提高电子的传输速率。……