氫氣是一種高能量密度的清潔可再生能源，是未來替代化石能源的理想方案。制氫是氫能產(chǎn)業(yè)鏈上的基礎環(huán)節(jié)，制氫技術(shù)的選擇對后續(xù)其它環(huán)節(jié)有著重大影響。相比于其它制氫技術(shù)，電化學制氫技術(shù)以其能耗低、零碳排放的突出優(yōu)勢成為綠色制氫技術(shù)的不二之選。
電化學制氫技術(shù)的核心是析氫反應，影響析氫反應效率的關鍵因素是催化劑。目前，析氫反應的催化劑多為金屬基電催化劑，金屬基電催化劑催化活性高，但是成本高、耐用性差，還會帶來負面的環(huán)境效應。為了克服這些問題，喬世璋課題組于2014年報道了一類新型析氫反應催化劑--無金屬析氫反應電催化劑。此后，新的無金屬析氫反應電催化劑不斷涌現(xiàn)。
氮化碳(C3N3)納米片是一種無金屬電化學析氫反應催化劑。C3N3納米片通過無溶劑氣固相反應在銅泡沫上直接生長。反應以三聚氯氰(C3N3Cl3)為反應物，銅泡沫作催化劑，在260℃氬氣氛圍下反應24 h，清洗干燥后即得C3N3納米片。負載有C3N3納米片的銅泡沫組裝成電極C3N3/HFE用于電化學析氫反應測試。實驗結(jié)果表明，C3N3納米片在酸性介質(zhì)中具有優(yōu)異的催化性能，過電位142 mV@10mA cm-2，塔菲爾斜率75.5 mV dec-1，這優(yōu)于大多數(shù)無金屬析氫反應電催化劑。
圖1.(a)原始銅泡沫掃描電鏡圖；(b)-(c)生長有C3N3納米片的掃描電鏡圖；(d)-(e) C3N3納米片的透射電鏡圖；(f) C3N3納米片XRD圖。 圖2.(a)C3N3/HFE的極化曲線圖；(b) C3N3/HFE的塔菲爾曲線圖；(c) C3N3/HFE與同類無金屬電催化劑的催化性能對比圖；(d) C3N3/HFE的長期穩(wěn)定性圖。 論文信息 Direct Growth of Carbon Nitride (C3N3) Nanosheets on Copper Foam as an Efficient Catalytic Electrode for Electrochemical Hydrogen Evolution Caifu Wang, Prof. Zhonghai Zhang ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200209
