碳化钼基电催化剂析氢研究进展
李建华1
杨介宇1
黄麓璇1
吕任生1
金学坤2
陈晟熙1
陈凤娟1
1.新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐 8300002.中溶新能源(可克达拉)有限公司,新疆 可克达拉 835219
摘要：在全球能源需求持续增长与碳排放压力日益加剧的背景下,开发高效、清洁的能源转换技术已成为当今科学研究与工程应用的重要方向.氢能因其高能量密度、零碳排放和可持续性被视为最具潜力的替代能源之一.电解水制氢技术能够以水为原料产生高纯度氢气,过程中几乎不产生CO2,是一种环境友好的制氢方式.然而,该技术的商业化应用仍高度依赖高效、稳定的电催化剂,以降低析氢反应(HER)的过电位并提高能量转换效率.贵金属铂(Pt)基催化剂虽表现出优异的HER活性,但其高昂的成本和有限的资源严重制约了其大规模应用.因此,开发具有高活性、高稳定性且成本低廉的非贵金属电催化剂成为当前研究的重点.在众多候选材料中,碳化钼因具有类铂的d带电子结构和良好的电导性,在宽pH范围内展现出卓越的电催化析氢性能,被认为是最有希望替代Pt的催化剂之一.然而,碳化钼仍存在氢中间体(H*)吸附过强、活性位点易被覆盖、比表面积有限及长期稳定性不足等问题,限制了其实际应用.本研究旨在系统综述碳化钼基电催化剂在HER中的最新研究进展,重点关注其电子结构特性、合成方法、性能优化策略及反应机理.首先,从电催化析氢的基本机理出发,结合碳化钼的晶体结构与电子性质,分析其作为HER催化剂的潜在优势与现存挑战.其次,系统梳理了碳化钼的主要合成策略,包括高温碳化法和气相沉积技术,评述了各类方法在控制材料形貌、尺寸和界面结构方面的优缺点.进一步地,从电子结构调控、界面工程、复合结构构建等多个维度,总结提升碳化钼HER性能的改性途径,如构建异质结、杂原子掺杂、碳基复合、缺陷工程等,并借助密度泛函理论(DFT)计算深入揭示其催化机制与构效关系.最后,基于当前研究中存在的问题,对未来碳化钼基催化剂的发展方向提出展望.本综述经系统分析与讨论表明,通过对碳化钼进行合理的结构设计与性能调控,可显著增强其HER催化活性与稳定性,为其在电解水制氢中的实际应用提供理论依据与技术路径.未来的研究应更注重材料设计与机理研究的深度融合,推动碳化钼基催化剂从实验室向产业化迈进.
关键词：碳化钼电催化析氢氢气反应机理析氢材料
分类号：TQ116.2(基本无机化学工业)TQ426(试剂与纯化学品的生产)
资助基金：国家自然科学基金(22365028)国家自然科学基金(21666036)新疆维吾尔自治区天山英才培养计划-青年拔尖人才资助项目(2024TSYCCX0008)新疆维吾尔自治区重点研发专项资助项目(2022B01045-2)新疆维吾尔自治区重点研发专项资助项目(2022B01001-3)自治区教育教学改革研究资助项目(XJGXJGPTB-2024114)新疆大学教育教学改革研究资助项目(XJU-2024JG18)高等学校教学研究资助项目(DWJZW202218xb)大学生创新训练计划资助项目(20230910212)大学生创新训练计划资助项目(20210910217)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-17（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 16-34 )
英文信息