在当今全球脱碳进程中，绿色能源——氢，因其高能量密度而被广泛视为可持续的下一代能源载体。为了实现这种以氢为基础的经济，研究人员广泛研究了各种适用于光/电解水制氢的催化剂。这里，小编每周汇总更新当周关于制氢/储氢的最新论文成果，以供读者参考，对于感兴趣的内容，可以自行点击给出的DOI网址，查看具体细节。
化学分子氢【1】W18O49的局部表面等离子体共振（ LSPR）敏化ZnIn2S4催化剂，以实现全光谱范围的太阳光驱动的光催化制氢
Advanced Functional Materials
2022.06.19
https://doi.org/10.1002/adfm.202203638
表面等离激元（Surface plasmon，SP）是自由电子在光激发下在表面上的集体振荡，源于入射光频率与电子谐波振荡的良好匹配，即电磁波沿材料和介质的界面传播。当SP的界面被限制在很小的尺寸时，自由电子的振荡只发生在表面上，称为局域表面等离激元（LSP）。对于特定频率，LSP 将与入射光产生共振，形成局部表面等离子共振 (LSPR)。
金属纳米粒子可以形成可见-近红外区的局部表面等离子共振。然而LSPR不仅限于金属纳米结构，而且在一些具有高自由电荷载流子密度的氧化物半导体中也观察到，例如钨的氧化物。W18O49作为一种非贵金属半导体等离子体光敏剂，已被用于与许多紫外激发光催化剂如gC3N4和TiO2复合，通过水分解产生H2。与金属显着不同的是，W18O49颗粒的形态对吸光度的影响很大，但几乎不影响 LSPR 的峰位或峰宽。
近日，研究人员采用密度泛函理论（DFT）计算，证明了W18O49的固有LSPR效应是由间隔为1.3 nm的晶格W5+ - W5+离子对引起的。然后，合成了由 1D 纳米棒组装的 3D W18O49以获得高吸光度。随后，将具有与W18O49的能带势良好匹配的ZnIn2S4纳米片涂覆在W18O49上。W18O49/ZnIn2S4在模拟太阳光下显示出优异的光催化生产H2的性能。
【2】通过对MoS2/O-ZnIn2S4进行表面调制，促进光催化制氢
Journal of Energy Chemistry
2022.06.21
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495622003357
为了实现氢能的连续生产，在水分解的多相催化反应中需要高效的光催化剂。近日，研究人员报道了一种表面调制策略，通过掺杂氧原子来调节ZnIn2S4纳米片的表面状态，同时利用助催化剂 MoS 2加以改性，以增强水的吸附和表面催化反应，从而提高光催化活性。
结果表明，表面调制的MoS2/O-ZnIn2S4光催化剂显示出非常优异的光催化性能，其产H2速率为4.002 mmol·g-1·h-1，并且表观量子产率（AQY）为2.53%，这要比单纯的ZnIn2S4高5.4倍。
利用原位红外光谱以及进行DFT计算，揭示了MoS2/O-ZnIn2S4界面处的结构动态演化，以及水吸附和催化反应的活性位点。这项工作揭示了表面调制策略对MoS2/O-ZnIn2S4光催化剂催化活性的影响。这也为设计出优良的纳米光催化剂提供了一种可行的方法，以实现工业制氢。
【3】无重金属原子的有机光敏剂，实现在可见光（λ > 600 nm）激发下的高效析氢
Applied Catalysis B: Environmental
2022.06.21
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121655
通过人工光合作用将水分解成 H2代表了一种将太阳能转化为化学燃料的策略。然而，常用的光敏剂受到贵金属的严重限制，只能利用很窄范围的可见光。近日，研究人员通过使用蒽基和芳香醛对 Bodipy 进行工程改造开发了一系列的有机光敏剂(B-1 – B-6)，以增强体系间的交叉作用并扩展吸收范围。它们的光吸收范围可以覆盖 80% 以上的可见光区。令人印象深刻的是，B-3 可以吸收 λ > 600 nm 的可见光，有效地敏化镍催化剂，从而产生超过 150 μL H2。这一性能远高于使用贵金属光敏剂Ru(bpy) 3 2+ ，这代表开发具有长波长激发的无贵金属光催化剂的突破。系统研究表明，B-3光敏剂具有 λ > 600 nm 光吸收、长寿命的三重态和优异的光化学稳定性等特性，这些极大地促进了H2的生产。
这项工作通过开发具有长波长激发的有机光敏剂，为构建高效和可持续的催化系统开辟了一条途径。
【4】通过 Ir 掺杂同时优化 CoIr@CN催化剂中的CoIr 合金纳米颗粒和 2D N掺杂石墨载体，以增强析氧和析氢反应
Journal of Materials Chemistry A
2022.06.21
https://doi.org/10.1039/D2TA03496D
目前，很少有研究通过金属掺杂来同时优化载体和金属合金。
考虑到金属掺杂可以同时影响合金化和碳化过程。近日，研究人员成功地制备了具有极低Ir负载（2.69 wt%）的CoIr合金纳米颗粒，将其负载在一种新型的2D氮掺杂石墨上(CoIr@CN)。通过一步退火工艺制备出二维Ir掺杂的Co-MOF。在煅烧过程中，Ir在同时优化金属纳米颗粒和氮掺杂碳载体的性能方面发挥着重要作用，从而实现了CoIr@CN中的活性金属原子的多重电子结构优化，进一步导致合金和N掺杂碳之间的快速电荷转移和强相互作用。
获得的催化剂(CoIr@CN)对OER和HER均表现出良好的催化性能和耐久性。令人印象深刻的是CoIr@CN-0.20表现出非常低的过电位。在1.0 M KOH中，OER/HER在10 mA cm-2时的过电位仅分别为269 mV/70 mV。 尤其对于在0.5 M H2SO4中HER过电位仅为25 mV，并具备长期稳定性，OER/HER催化活性的衰减可以基本忽略不计。
该研究为设计强金属-载体相互作用提供了一种有效途径——同时对金属和载体进行优化，这可以有效提高负载型催化剂的OER/HER性能。
【5】定向构造 Cu3P 和 Ni2P 异质结以促进整体水分解
Chemical Engineering Journal
2022.06.21
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137706
开发用于析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的高效且储量丰富的双功能催化剂对于整体水分解至关重要。近日，研究人员在泡沫Cu上成功合成了原位垂直生长的双金属磷化物纳米片（标记为Cu3P/Ni2P@CF），该纳米片含有丰富的Cu3P/Ni2P异质界面，可作为HER和OER的双功能电催化剂。由于异质结的电子调节和3D衬底上的分级阵列结构的协同作用，Cu3P/Ni2P@CF电极表现出优异的催化性能。
在1 M KOH中，显示出330 mV @ 50 mA cm-2的OER过电位和 88.1 mV @ 10 mA cm-2的HER 过电位。有趣的是，基于催化剂的水电解槽只需要 1.56 V@10 mA cm-2的低电池电压，超过了对应的 Pt/C+IrO2电极。密度泛函理论（DFT）结果进一步揭示了异质界面的电荷重排不仅可以使氢结合能（ΔG*H）接近于零，而且通过多位点协同作用促进了HER过程中H2O的解离和*OH的解吸。这项工作为构建用于整体水分解的先进催化剂材料提供了一种有价值的方法。
【6】5,5'-偶氮四唑高能材料的绿色电合成以及使用钌单原子催化剂的节能制氢
Advanced Materials
2022.06.20
https://doi.org/10.1002/adma.202203900
水的电解涉及到两个平行反应，即析氧反应（OER）和析氢反应（HER），其中缓慢的析氧反应被认为是速率控制步骤。考虑到有机物电氧化在热力学上更有利，将其与HER 相结合，是一种有前景的方法，可同时经济高效地生产增值化学品和氢气。
近日，研究人员提出了一种新的耦合系统——包括有机材料的绿色电化学合成以及使用单原子催化剂制氢。该催化剂是钌单原子在硒化钼上进行恒电流沉积制备的。在碱性介质中，显示出 38.9 mV @10 mA cm–2的低 HER 过电位。重要的是，通过将水分解析氢反应（HER）与 5-氨基-1 H-四唑的电氧化合成 5,5'-偶氮四唑盐的反应相耦合，对于水电解，电池的电压降低至仅 1.35 V@10 mA cm-2；对于能源材料5,5'-偶氮四唑盐的合成，其远优于传统的复杂合成工艺。
该研究结果提供了方法，同时绿色高效的合成有机含能材料和生产氢气。
【7】使用纤维素纳米纤维辅助分散MoS2，从而实现持久的析氢反应
Carbohydrate Polymers
2022.06.20
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119754
MoS2可作为电催化水制氢的催化剂，但其容易发生团聚并且电导率较低，这些都限制了其对HER反应的催化活性。近日，研究人员使用纤维素纳米纤维（CNF）辅助分散MoS2，制备出具有均匀三维导电网络的CNF/cMWCNT/MoS2催化剂。该催化剂表现出优异的催化活性和稳定性。
其HER过电位为154 mV @ 10 mA cm-2。并且在 10 mA cm-2下 运行100 小时后只有 6.99 % 的轻微性能衰减。这种将天然 CNF 用于辅助分散催化剂的方法为高性能 HER 电极催化剂的设计提供了新的方法。
【8】Pd 表面质子电还原的结构-活性关系：理论和实验研究
Small
2020.06.20
https://doi.org/10.1002/smll.202202410
氢与金属催化剂（如铂 (Pt)、钯 (Pd) 或镍）的相互作用已使用各种实验和计算技术进行了广泛研究。在这些金属催化剂中，钯在金属-氢相互作用的研究中受到了广泛的研究兴趣，因为它可以在可及的温度和压力下轻松地吸收大量的氢，具有高氢扩散系数，并且促进表面氢分子的轻松解离。
但关于 Pd 表面氢反应的构效关系的许多问题仍未解决。特别是对 Pd 结构的动态行为和表面迁移率、次表面氢化物的形成和晶格/表面应变对 HER 活性的影响以及表面在 HER 条件下的稳定性缺乏全面的了解。
近日，研究人员结合实验和理论研究，评估了这种 Pd-H系统的复杂性和动力学，重点关注低指数面 Pd(111)、Pd(110) 和 Pd(100) 以及阶梯式 Pd(211) 表面。展示了具有不同数量的 Pd 氢化物亚层的 Pd 基面上的 HER 活性的三态自由能图，以及表面覆盖率对面应变的影响。为此，在吸氢前后阐明两种 Pd 单晶的活性位点的性质。这项工作首次报告了从实验测量和计算中获得的不同 Pd(hkl) 模型系统的 HER 活性趋势，这些系统测量和计算考虑了亚表层氢化物形成对构效关系的影响。这些发现有助于更好地理解 Pd 表面和亚表面与氢吸收和吸收相关的复杂动态过程。
【9】高性能电解水催化剂： 2D MXenes 纳米材料的优化策略
Coordination Chemistry Reviews
2020.06.20
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214668
水分解被认为是实现绿色制氢的可持续和环保技术。寻找高效电催化剂以提高水分解性能至关重要。基于 MXenes 的纳米材料具有大的比表面积 (SSA)、快速的电子传输和出色的机械稳定性，可用作设计新型电解水催化剂材料的优良基材。在本综述中，作者总结了最近关于 MXenes 电催化水分解的合成路线、物理性质和性能改进策略。我们从实验和理论上全面总结了 MXenes 的电催化水分解机理。还回顾了对结构-活性关系的深入讨论以及对 MXenes 电催化机制的基本理解。最后，文章展望了 MXenes 及相关材料在水分解应用中的未来挑战、机遇和进一步的研究方向。
【10】通过质子耦合电子转移在液态有机氢载体中实现电化学储氢
Journal of Energy Chemistry
2022.06.18
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.06.015
氢 H2被认为是主要的清洁能源载体之一，大规模转换和储存是其未来能够广泛使用的先决条件。但当前H2的存储和分配成本依旧太高。
为了增加密度和避免爆炸性，已经提出将H2化学储存在稳定的化合物中。水是一种完美无毒，且具有极限密度的氢载体。然而，受控的氢气释放与需要催化剂的复杂多步氧相关反应有关。固体金属氢化物或复合氢化物在室温和 1 bar的存储密度为 100–150 kg(H2) m-3。用于储氢的另一类有趣的材料是芳香族有机分子，也称为液态有机氢载体 (LOHC)。储存是通过在高温（~150°C）和压力（~50 bar）下的放热氢化反应进行的，在此期间 π 键被裂解，并形成碳 - 氢键。H2在大气压（1 bar）和50-300°C范围内的温度下通过吸热催化脱氢释放。
近日，研究人员建议通过质子耦合电子转移反应 PCET对 LOHC 进行电化学加氢来代替传统的 LOHC 加氢，即还原质子存在下的有机分子在室温和大气压下形成共价非金属-氢键。通过 PCET 在偶数质子和电子的载体分子R上进行电化学储氢 (EHS)。作者选择芴酮 ( Fnone ) 作为 EHS 的高稳定性载体分子，并在非质子溶剂中研究其 PCET，以实现 EHS 产生负载载体芴醇 ( Fnol )。在不存在和存在不同醇作为不同反应性的质子供体的情况下，通过原位光谱监测两个连续电子转移过程对Fnone的电化学活化。通过负载载体分子的化学活化说明了后处理（即氢提取）的可能性。