新能源轉換和儲存技術是當今世界解決目前化石能源危機和環(huán)境污染問題的核心途徑。廉價的電解水產氫催化劑和高容量的儲能材料成為大規(guī)模推廣此類新能源技術的關鍵。對于電解水產氫而言，貴金屬鉑基催化劑的產氫活性最好，但其有限資源無法推廣使用。相比而言，非貴金屬鉬基材料以其特殊的理化性質表現(xiàn)出優(yōu)異的分解水制氫活性，但存在導電性低及材料團聚問題嚴重，這導致材料活性位點暴露少和穩(wěn)定性差等問題。為了解決這些挑戰(zhàn)性問題，近日，北京大學工學院郭少軍團隊提出了一種具有強耦合作用鉬基金屬雜化材料的制備新策略提升電催化產氫性能，并發(fā)現(xiàn)強耦合材料對于儲鈉展現(xiàn)了優(yōu)異的容量、倍率和穩(wěn)定性，相應結果發(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空心結構的鉬基金屬螯合物，通過煅燒原位轉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耦合相互作用的雜化材料（圖1）。多級碳空心結構(HCSs)具有較高的表面積，優(yōu)異的導電性及結構穩(wěn)定性等特點，成為最佳的復合材料基底。通過原位轉化得到的超小鉬基活性材料與碳空心基底材料強烈耦合，有效提高材料的導電性和穩(wěn)定性。電催化產氫測試表明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作為鈉離子電池負極材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。在4A/g電流密度進行充/放電循環(huán)1000圈，其容量依舊高達410mAh/g。這種獨特的碳納米片上生長MoS2納米片結構可以縮短離子傳輸路徑，多級碳空心結構有效提高電子傳輸性能和緩解充放電過程中應力的變化，同時這種強相互耦合作用可以避免MoS2納米片層結構的團聚，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計提供了新策略和指導思路。

圖1.具有強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。該項目得到國家自然科學基金和科技部重點研發(fā)計劃等項目支持。