“绿色能源转型：MOFs与Pt NPs协同催化制氢

　　近日，华中科技大学集成电路学院王春东教授团队的最新研究成果是“Mott-Schottky Barrier Enabling High-Performance Hydrazine-Assisted Hydrogen Generation at Ampere-Level Current Densities问题，发表在这里《Advanced Functional Materials》。我院王春东教授为论文单独通讯作者，硕士生黄亚平、科研助理张霞为论文第一作者，华中科技大学集成电路学院为论文第一完成单位。

　　氢气绿色环保是有效解决化石燃料困境和严重环境污染问题的能源媒介。电解水制氢技术作为未来实现绿色工业制氢最具潜力的途径之一，受到缓慢阳极端析氧反应的影响（Oxygen Evolution Reaction, OER）。研究表明，用理论电势较低的阳极代替反应可以有效地解决这一问题。水合肼氧化反应（Hydrazine Oxidation Reaction, HzOR）作为一种牺牲剂氧化反应，理论电势低，产品无碳排放，利用工业肼污水作为生成物也可以实现水污染净化。金属有机框架材料（Metal Organic frameworks, MOFs）由于其独特的结构特性，在许多催化领域具有潜在的应用价值。此外，莫特·肖特基结是改变电催化剂电子结构无损、低成本的有效策略，考虑到贵金属铂颗粒（Pt NPs）结合半导体MOFS，有望实现析氢（Hydrogen Evolution Reaction, HER）制备HzOR双功能催化剂。

　　基于此，研究人员将Pt NPS与N型半导体NiFc-MOF相结合，成功制备了莫特-肖特基结型催化剂(记为Pt@NiFc-MOF）。实验和密度泛函理论计算说明，Pt NPS的功函数高于NiFc-MOF，异质结两相之间的功函数差将驱动电子从NiFc-MOF向Pt NPS转移，形成由半导体指向金属内建的电场。由于内部电场调控电子的再分布，制备的催化剂具有优异的HER/Hzor双功能特性，其组装的两个电极系统（Pt@NiFc-MOF//Pt@NiFc-MOF）不仅可以将废水中的肼污染物作为阳极生成物参与协助制氢，还可以参与“废物利用”；它还可以实现安培级大电流强度下的高效产氢，“一举两得”。其次，本文制备的催化剂作为阳极和负极铂网（Pt Net）当液体直接组装成N2H4/H2O2燃料电池时，峰值功率密度和电流强度也高于商业PT/C，为燃料电池电极材料的发展提供了一定的参考意义。

　　这项工作是王春东团队在氢能和燃料电池领域的分阶段研究成果。该团队长期从事电催化相关的探索。近年来，在能源催化材料的电子控制和燃料电池研究方面取得了系统的研究成果，并获得了2022年湖北省自然科学三等奖