近日，6774澳门永利王春棟教授團隊的最新研究成果以“Mott-Schottky Barrier Enabling High-Performance Hydrazine-Assisted Hydrogen Generation at Ampere-Level Current Densities”為題，刊發在《Advanced Functional Materials》。我院王春棟教授為論文獨立通訊作者，碩士生黃娅平和科研助理張霞為論文共同第一作者，6774澳门永利為論文第一完成單位。
莫特肖特基結型催化劑多功能示意圖
氫氣綠色環保，是應對目前化石燃料危機及環境污染嚴峻問題的有效解決能源載體。電解水制氫技術作為未來實現綠色工業制氫最有潛力的方式之一，受限于緩慢的陽極端析氧反應（Oxygen Evolution Reaction, OER）。研究發現，用理論電勢較低的陽極替代反應，可以有效解決此問題。水合肼氧化反應（Hydrazine Oxidation Reaction, HzOR）作為一類犧牲劑氧化反應，理論電勢低且産物無碳排放，利用工業肼廢水充當反應物還可以實現水污染淨化。金屬有機框架材料（Metal Organic frameworks, MOFs）因其獨特的結構性質，在衆多催化領域具有潛在應用前景。此外，莫特-肖特基結是無損且低成本改變電催化劑電子結構的一種有效策略，考慮到将貴金屬鉑顆粒（Pt NPs）與半導體MOFs結合，有望實現析氫（Hydrogen Evolution Reaction, HER）和HzOR雙功能催化劑的制備。
圖為部分實驗結果
基于此，研究者将Pt NPs與n型半導體NiFc-MOF結合，成功制備莫特-肖特基結型催化劑（記為Pt@NiFc-MOF）。實驗和密度泛函理論計算表明，Pt NPs的功函數高于NiFc-MOF，異質結兩相的功函數差将驅使電子由NiFc-MOF向Pt NPs轉移，形成由半導體指向金屬的内建電場。得益于内建電場調控電子再分布，制備的催化劑具有優異的HER/HzOR雙功能特性，其組裝的兩電極系統（Pt@NiFc-MOF//Pt@NiFc-MOF）既能将廢水中肼污染物作為陽極反應物參與輔助制氫，“變廢為寶”；又能實現在安培級大電流密度下的高效産氫，“一舉兩得”。其次，本文制備的催化劑作為陽極端與陰極鉑網（Pt Net）組裝成液态直接N2H4/H2O2燃料電池時，也表現出比商業Pt/C更高的峰值功率密度和電流密度，為燃料電池電極材料領域的發展提供了一定的借鑒意義。
此項工作是王春棟團隊在氫能與燃料電池領域的階段性研究成果。團隊長期從事電催化相關探索，近兩年來在能源催化材料局域電子調控及燃料電池研究方面取得了系統研究成果，并獲得2022年湖北省自然科學三等獎（第一完成人）。
論文地址：
Y. Huang, X. Zhang, L. Li, M. Humayun, H. Zhang, X. Xu, S.P. Anthony, Z. Chen, J. Zeng, D. V. Shtansky, K. Huo, H. Song, C. Wang*, W. Zhang, Mott-Schottky Barrier Enabling High-Performance Hydrazine-Assisted Hydrogen Generation at Ampere-Level Current Densities,Adv, Funct, Mater.2024, 2401011.
https://doi.org/10.1002/adfm.202401011
