崔香枝Small: “拆分-组装”策略，提高钴钨双金属碳化物的碱性/海水析氢性能
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碳化钨由于其类铂d带电子结构，具有潜在的析氢反应(HER)催化活性。但是，该电子结构受到相对强烈的W-H结合的影响，严重阻碍了H 2 在HER过程中的解吸步骤，降低了HER的性能。
为解决上述问题， 中科院上海硅酸盐研究所崔香枝 课题提出了一种“拆卸-装配”策略，成功地合成了Co 6 W 6 C纳米颗粒(Co 6 W 6 C-2-600)，调节了金属-氢键结合强度，大幅度提高双金属碳化物的HER催化性能。
研究人员首先采用第一性原理计算研究了富电子Co(后过渡金属)与WC之间的电子相互作用，以及相应的组合效应对HER电催化性能的影响。结果表明，Co引入后优化了催化剂的电子结构，以及由此产生最佳的的*H中间体自由能以及水解能垒，大大增强了水解动力学。此外，由于Co和W物种之间的电子互补效应，使得该电催化剂在碱性和海水/碱性电解质中具有优异的HER性能。
根据理论计算结果，研究人员从ZIF-67中部分提取了Co 2+ 和2-MIM组分(拆卸)，使得POM-W簇封装(组装)能够进入ZIF-67的腔体中。然后将W和Co在600°C下共碳化，通过纳米笼限制效应原位合成了Co 6 W 6 C纳米粒子，没有发生明显的相分离或聚集。
所得Co 6 W 6 C-2-600在1 M KOH和模拟碱性海水(3 M NaCl+3 M KOH)中的电流密度为10mA cm -2 时，其过电位分别为50 mV和46 mV；在Co 6 W 6 C-2-600上仅需要147和191 mV的低过电位，即可在70°C的海水/碱性溶液中分别达到500和1000 mA cm -2 的高电流密度。
特别是配备Co 6 W 6 C-2-600催化剂的镁/海水电池，其开路电压约为1.71 V，最大功率密度为9.1 mW cm -2 ，可同时实现析氢和发电。该项研究所提出的双金属碳化物的独特设计概念，为后期过渡金属提供了有效的策略(例如钨基电催化剂的设计和制造，以及在实际应用中的氢析出和能量转换)。
Co-W Bimetallic Carbide Nanocatalysts: Computational Exploration, Confined Disassembly-Assembly Synthesis and Alkaline/Seawater Hydrogen Evolution. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202204443
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