​ACS Catalysis：纳米多孔Cu2-xS膜在中性环境下实现高效析氢

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​ACS Catalysis：纳米多孔Cu2-xS膜在中性环境下实现高效析氢
据国际能源机构(IEA)预计，到2040年，全球能源需求将增长约30%。通过水分解过程将可再生电力转化为绿色氢(H2)，已成为一种有前景的能源技术以应对日益增长的能源需求并实现交通、供暖和精细化工部门的脱碳。
目前的水分解技术使用的是造成环境污染和处理危害的极端pH条件。特别是基于Pt的催化剂，虽然HER性能十分优异，但是由于稀缺性和高成本等其他限制，只能在酸性介质中使用。因此，利用地球上丰富的材料，制备出能在温和的pH条件下高效稳定析氢的催化剂是十分重要的。
基于此，巴斯克大学Sara Barja、海梅一世大学CamiloA. Mesa和Sixto Giménez(共同通讯)等人报告了一种简单、经济、可扩展的合成策略来制备Cu2-xS电催化剂，该催化剂在工作1个月后，析氢速率仍会增加。
​ACS Catalysis：纳米多孔Cu2-xS膜在中性环境下实现高效析氢
本文对Cu2-xS电催化剂的HER性能进行了详细的测试，令人兴奋的是，本文制备的Cu2-xS电催化剂展示了破纪录的稳定性，其稳定性比迄今为止报道的最好的Cu2-xS催化剂和Cu2-xS衍生的电催化剂高出9倍。引人注目的是，Cu2-xS电催化剂在-1 VRHE时的电流密度(J)单调增加了8倍，从约-50 mA cm-2增加到约-400 mA cm-2。
此外，催化剂HER性能的增强还可以通过过电位的变化(从约-530 mV到约-130 mV，-10 mA cm-2)观察到。
本文制备的Cu2-xS电极的过电位比之前报道的应用在pH=7的电解质中的Cu2-xS HER催化剂少约60 mV。与Cu2-xS电催化剂相比，纯Cu基底没有显示出明显的HER活性，这清楚地表明电极的HER催化活性来自材料Cu2-xS。
​ACS Catalysis：纳米多孔Cu2-xS膜在中性环境下实现高效析氢
综上所述，本文报告了一种地球资源丰富的Cu2-xS电催化剂，其可用于可持续产氢。此外，本文提出的合成路线还较为简单、快速、环保、经济，所有这些特点使本文的催化剂在可扩展性和后续技术部署方面非常有竞争力。
值得注意的是，本文的研究揭示了电流密度的增加和电化学活性表面积(ECSA)之间的直接关系，并实现了随着工作时间的增加而更快的HER动力学。
更加重要的是，本文利用光谱电化学分析研究了Cu基薄膜的HER，原位XRD分析以及无空气XPS表征表明了催化剂的催化活性位点位于Cu物质上。总之，本文制备的Cu2-xS电催化剂具有丰富的地球资源以及环境友善等优势，再加上其在几乎中性的pH条件下的优异性能，可能为未来设计高效、耐用和具有经济竞争力的析氢电催化剂铺平道路，用于广泛的电合成应用。
​ACS Catalysis：纳米多孔Cu2-xS膜在中性环境下实现高效析氢
Highly Durable Nanoporous Cu2–xS Films for Efficient Hydrogen Evolution Electrocatalysis under Mild pH Conditions, ACS Catalysis, 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c01673.
https://doi.org/10.1021/acscatal.3c01673.

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