强耦合作用钼基金属杂化材料研究

新能源转换和储存技术是当今世界解决目前化石能源危机和环境污染问题的核心途径。廉价的电解水产氢催化剂和高容量的储能材料成为大规模推广此类新能源技术的关键。对于电解水产氢而言，贵金属铂基催化剂的产氢活性最好，但其资源有限，无法推广使用。相比而言，非贵金属钼基材料以其特殊的理化性质表现出优异的分解水制氢活性，但存在导电性低及材料团聚问题，这导致材料活性位点暴露少和稳定性差等问题。为了解决这些挑战性问题，近日，北京大学工学院研发团队提出了一种具有强耦合作用钼基金属杂化材料的制备新策略提升电催化产氢性能，并发现强耦合材料对于储钠展现了优异的容量、倍率和稳定性。

该工作为下一代新型高性能能源材料的设计提供了新策略和指导思路。

目前的工作首先是制备具有多级空心结构的钼基金属螯合物，通过煅烧原位转化的方法制备一系列钼基化合物（包括MoP,MoS2, Mo2C和MoO2）与碳空心基底之间具有强耦合相互作用的杂化材料。多级碳空心结构(HCSs)具有较大的表面积，优异的导电性及结构稳定性等特点，成为最佳的复合材料基底。通过原位转化得到的超小钼基活性材料与碳空心基底材料强烈耦合，有效提高材料的导电性和稳定性。电催化产氢测试表明MoP@HCSs在酸性溶液和碱性溶液中均具有优异的析氢反应活性和稳定性。另外研究发现，MoS2/CHCSs作为钠离子电池负极材料，表现出优异的电化学性能。在4 A/g电流密度进行充/放电循环1000圈，其容量依旧高达410 mAh/g。这种独特的碳纳米片上生长MoS2纳米片结构可以缩短离子传输路径，多级碳空心结构有效提高电子传输性能和缓解充放电过程中应力的变化，同时这种强相互耦合作用可以避免MoS2纳米片层结构的团聚，有效提高电极材料的倍率性能和循环寿命。