美國奧本大學(xué)張新宇教授近期在Science China Materials 上發(fā)表文章，成功地證明了可以通過超快（60秒）微波引發(fā)的方法，來生產(chǎn)用于析氫反應(yīng)（HER）的，低成本，高性能MoS2/石墨烯催化劑。該催化劑對于推進(jìn)基于清潔氫氣的能源工業(yè)非常重要。由于其顯著的催化性能，人們對二維二硫化鉬（MoS2）進(jìn)行了深入研究。然而，大多數(shù)現(xiàn)有的合成方法耗時，復(fù)雜且效率較低。本文的工作首次使用固態(tài)微波合成的方法，制備高效能的MoS2/石墨烯納米復(fù)合材料作為析氫反應(yīng)催化劑。
石墨烯的高比表面積和導(dǎo)電性為MoS2納米結(jié)構(gòu)的生長提供了有利的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以及快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。文中制備的MoS2 /石墨烯納米復(fù)合材料在酸性介質(zhì)中對HER表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性，具有62mV的低起始電位，高陰極電流和43.3mV/dec的Tafel斜率。除了優(yōu)異的催化活性外，MoS2 /石墨烯還具有超長的循環(huán)穩(wěn)定性，在250 mV的過電位下具有約1000 mA cm?2的非常高的陰極電流密度。此外，MoS2 /石墨烯催化劑在30°C至120°C的溫度范圍內(nèi)具有出色的HER活性，具有36.51 kJ mol?1的低活化能，提供了潛在的大批量生產(chǎn)和制備的機(jī)會。
張新宇教授的課題組一直致力于探索大規(guī)模納米制備的技術(shù)，避免傳統(tǒng)納米制備中所涉及的各種挑戰(zhàn)，例如：制備時間長，設(shè)備復(fù)雜，昂貴，產(chǎn)品價格高，難以大批量生產(chǎn)等等。
課題組主要研究方向及相關(guān)文章：
1、納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物
自從七十年代被發(fā)現(xiàn)以來，導(dǎo)電聚合物一直吸引著眾多科研工作者的注意力。最近的十幾年，納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物更是成為研究的焦點(diǎn)。課題組掌握多種化學(xué)制備納米導(dǎo)電聚合物的方法，包括種子聚合法，表面活性劑模板法，自組裝法等等，合成制備了導(dǎo)電聚合物的納米球，納米纖維，納米回形針，中空納米管，以及與金屬納米顆粒的復(fù)合材料。這些納米材料可以廣泛的應(yīng)用于納米電子元器件，儲能材料，傳感器，催化，電磁輻射防護(hù)，電極材料等工程領(lǐng)域。所發(fā)表的代表性文章包括Journal of the American Chemical Society 126 (14), 4502，Journal of the American Chemical Society 126 (40), 12714，Journal of the American Chemical Society 127 (41), 14156等。
2、化學(xué)生物傳感器
化學(xué)生物傳感器是使用納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料作為電極材料，測試電極材料與被檢測化合物以及生物試劑的電化學(xué)交互作用。利用納米材料的超高比表面積，達(dá)到極高的敏感度和選擇性。生產(chǎn)制備的電極材料對于過氧水，葡萄糖，甲醇，乙醇等化學(xué)，生物制劑有很高的敏感度和選擇性。代表性論文主要有：Nanoscale 5 (9), 3872-3879，Nanoscale 4 (1), 106-109，Sensors and Actuators B: Chemical 201, 65-74等。
3、微波引發(fā)的納米制備
固態(tài)微波納米制備技術(shù)可以制備碳納米管，納米金屬氧化物，硫化物等能源材料和功能材料。此方法具有制備速度快，批量大，無需復(fù)雜的工藝流程等優(yōu)點(diǎn)，直接影響到未來納米材料的產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用。代表性論文有：Chemical Communications, 2011,47, 9912，ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7, 22469， Chemical Communications, 2006, 2477, J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9545等。
4、納米能源相關(guān)領(lǐng)域
課題組近幾年開始了納米能源領(lǐng)域的探索，將設(shè)計制備的納米導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料應(yīng)用于儲能方面，并取得了一些最新進(jìn)展。代表性論文：Nano Energy, 2016, 26, 550, Electrochimica Acta，2018, 260, 952, Electrochimica Acta, 2019, 311, 230, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 4, 4258等。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40843-019-9555-0
張新宇教授課題組鏈接：http://ecm.eng.auburn.edu/wp/zhanggroup/
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