0次元炭素と1次元炭素のカップリングによるパーコレーション機構を利用した電気化学的水素製造の実現

Coupling 0D and 1D Carbons for Electrochemical Hydrogen Production Promoted by Percolation Mechanism.

• Zhi Dou
• Na Du
• Xue Liu
• Qiuhua Wu
• Qiong Wu
• Yang Fu
• Guolin Zhang
• Tianyi Ma

抄録

持続可能な水素エネルギー利用のためには、活性が高く、耐久性が高く、価格も手頃な水素発生反応（HER）電極触媒の開発が不可欠である。本研究では、カーボンドット（CD、ゼロ次元炭素材料）と炭素繊維（CF、一次元炭素材料）を容易に結合させ、電気化学的な水素製造を促進することを実証しています。電気化学試験の結果、CD/CF触媒は、10 mA-cm-2の電流密度で280 mVの小さな過電位、87 mV-dec-1の小さなタフェルスロープと顕著な耐久性を持つ優れた触媒活性を示すことが明らかになった。パーコレーション理論は、CD/CF触媒の触媒機構を解釈するために初めて導入された。0次元炭素の特殊な形態がパーコレーションクラスターを構成し、1次元炭素全体の電子輸送を促進する。この戦略と理論は、電極触媒における高効率電子移動の精密なチューニングを達成し、解釈するために、一般的な電極触媒のアプリケーションに適用することができます。

Developing hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts with high activity, durability and moderate price are essential for sustainable hydrogen energy utilization. Here, we demonstrate the facile coupling of carbon dots (CDs, zero-dimensional carbon materials) and carbon fibres (CFs, one-dimensional carbon materials) for enhanced electrochemical hydrogen production. Electrochemical tests reveal that the CD/CF catalysts show outstanding catalytic activity with a small overpotential of 280 mV at the current density of 10 mA•cm-2, a small Tafel slope of 87 mV•dec-1 and prominent durability. Percolation theory is for the first time introduced to interpret the catalytic mechanism of the CD/CF catalysts. The special morphology assembled by the 0D carbons constitutes the percolating clusters and promote electron transport throughout the 1D carbons. The strategy and theory can be adapted to general electrocatalytic applications for achieving and interpreting precise tuning on highly efficient electron transfer in electrocatalysts.

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