马来西亚厦门大学纳米纳米能源与催化技术卓越中心（CONNECT）的研究人员发现，一种不含贵金属的电催化剂能够提高水析氢效率。他们成功开发了一种名为WS2/N-rGO/CC的高效水电催化剂。在电解过程中，这种先进的电催化剂在析氢反应（HER）中表现出卓越的性能。该电极无需昂贵的催化剂或添加剂，即可降低成本并最大限度地提高氢气生成效率。这项发现有望增强电化学活性，并将对马来西亚的国家级项目做出重大贡献。
马来西亚厦门大学纳米纳米能源与催化技术卓越中心（CONNECT）的研究人员开发出一种耐用高效的水电催化剂。该催化剂由一种名为二硫化钨（WS2）的二维半导体材料构成。在电解过程中，该材料可作为电子受体或供体。
一种名为WS2/N-rGO/CC的先进电催化剂被精心制备在碳布(CC)上。该材料结合了还原氧化石墨烯(rGO)的卓越性能，并引入了微量的氮(N)。这使得还原氧化石墨烯半导体发生转变，形成二维晶格半导体。
燃烧氢气作为燃料不会导致全球变暖。然而，目前大部分氢气都是由化石燃料制成的，而化石燃料会释放温室气体。为了在未来实现碳中和，从清洁能源中产生氢气很重要，比如用电分解水分子。但目前的方法效率低下，限制了氢基技术的实际应用。
改进型电催化剂提高了电解制氢的效率。它通过增强电化学活性、反应表面积和耐久性来实现这一目标。
通过水热反应，二维WS₂结构可以转化为三维花状纳米花。这些纳米花具有显著的性能，包括增大了电催化剂的表面积。因此，它们显著提高了反应效率，从而显著提升了整体性能。
论文第一作者叶峰明表示：“合成用于水水解析氢反应的自支撑电极至关重要，因为它解决了清洁能源生产中的一个根本性挑战。传统方法通常依赖于昂贵的催化剂和载体，这会限制氢气生产的效率和规模化。”
他补充道：“我们的研究成果意义重大，我们研制出一种自支撑电极，它不仅增强了电催化活性，而且为制氢提供了一种经济高效且可持续的解决方案。”冯明叶（音译）目前是马来西亚雪兰莪州厦门大学能源与化学工程学院的研究生。
WS2/N-rGO/CC被认为是一种自支撑电极，因为它将电催化剂的活性物种二硫化钨直接掺入导电材料中。这省去了聚合物粘合剂或添加剂，避免了它们可能掩盖催化剂的活性位点或阻碍电子传导。因此，反应效率得以最大化，从而提高了器件性能。
为了确定实现WS1所需金属2T相变的二甲基甲酰胺（DMF）的最佳浓度，研究团队通过在最终的水热合成反应中加入不同量的DMF进行了实验。
与用 50%、0%、25% 和 75% DMF 溶液制成的电极相比，用 100% DMF 浓度的水制成的电极表现出更好的质量。因此，无贵金属电催化剂很有可能提高从水中析氢的效率。
该项目负责人、厦门大学马来西亚分校能源与化学工程学院副教授王伟俊表示：“我们的电极能够在很宽的pH条件下高效产氢，使其用途广泛，适用于各种实际应用。这是迈向可持续高效产氢的重要一步，对实现更清洁的能源未来至关重要。”
最重要的是，基于50% WGC的电催化剂在酸性和碱性条件下均表现出优于铂基准电催化剂（20% Pt-C/CC）的析氢反应（HER）性能。值得注意的是，50% WGC的过电位显著降低，表明其水分解所需的能量低于20% Pt-C/CC。具体而言，50% WGC的过电位仅为21.13 mV，而20% Pt-C/CC的过电位则高达46.03 mV。
研究团队指出，开发经济高效且节能的电催化剂（例如50%水煤气变换催化剂）对于实现全球清洁能源目标至关重要。这项研究是马来西亚国家倡议的重要组成部分，特别是《国家能源转型路线图》（NETR）和《氢能经济与技术路线图》（HETR）。其目标是在未来五年内为马来西亚实现可持续能源目标做出有效贡献。
“我们的目标是探索自支撑电极技术的可扩展性和实际应用。我们的最终目标是为向可持续能源格局的转型做出贡献，在这个转型中，氢能可以作为一种清洁可再生能源发挥关键作用，” Ong说道。
来自马来西亚厦门大学的研究员罗建义在马来西亚雪兰莪州能源与化学工程学院和纳米纳米能源与催化技术卓越中心（CONNECT）开展的研究中发挥了至关重要的作用。
来源：pH通用电催化析氢反应
