作为一种可燃燃料，氢气的燃烧不会导致全球变暖。然而，如今，大部分氢气是由化石燃料产生的，这个过程会向大气中释放温室气体。从清洁来源产生氢气，例如通过电解用电分解水分子，对于实现未来的碳中和非常重要，但目前的方法效率低下，限制了氢基技术的商业实用性。一种新型电催化剂利用增强的电化学活性、反应表面积和耐用性来提高电解生产氢气的效率。

马来西亚厦门大学纳米能源与催化技术卓越中心(CONNECT)的研究人员合成并表征了一种高效耐用的水电催化剂，该催化剂由过渡金属二硫化钨(WS 2 )组成，这是一种具有半导体特性的二维材料，在电解反应中充当电子受体或供体。电催化剂 WS 2 /N-rGO/CC 是在碳布 (CC) 上生成的，碳布与还原氧化石墨烯 (rGO)(一种二维晶格半导体)结合有极少量的氮 (N)改变还原氧化石墨烯半导体的性质。水热反应将二维 WS 2转化为微观的三维花状结构(称为纳米花)，从而增加电催化剂的表面积，从而提高反应效率。

该团队于 2023 年 9 月 27 日在《纳米研究》 杂志上发表了他们的研究结果。

“合成用于水水解中析氢反应的自支撑电极至关重要，因为它解决了清洁能源生产中的基本挑战。传统方法通常依赖昂贵的催化剂和载体，这会限制氢气生产的效率和可扩展性。我们的工作代表了一项重大进步，创建了一种自支撑电极，不仅增强了电催化活性，而且还为制氢提供了一种经济高效且可持续的解决方案。”厦门大学马来西亚分校能源与化学工程学院，位于马来西亚雪兰莪州 Darul Ehsan。

由于电催化剂的活性物质二硫化钨直接掺入到电极的导电材料中，因此WS 2 /N-rGO/CC被认为是自支撑电极。合成的电催化剂中不存在聚合物粘合剂或添加剂来掩盖催化剂活性位点或降低电子电导，从而最大限度地提高反应效率。

研究小组尝试在最终的水热合成反应中加入不同量的二甲基甲酰胺(DMF)，以确定用于电极的WS 2金属1T相变的最佳浓度。在最后一次水热反应中使用浓度为 50% 的 DMF 水溶液 (50% WGC) 开发的电极表现出优于使用 0%、25%、75% 和 100% DMF 溶液合成的电极的特性。

“我们的电极可以在各种 pH 条件下高效产生氢气，使其具有多功能性，适用于各种实际应用。这是迈向可持续、高效制氢的一步，这对于清洁能源的未来至关重要。”该项目主管、厦门大学马来西亚分校能源与化学工程学院副教授 Wee-Jun Ong 说道。

重要的是，在酸性和碱性条件下，50% WGC 电催化剂的 HER 性能均优于铂基准电催化剂 20% Pt-C/CC。具体来说，50% WGC 表现出比 20% Pt-C/CC 更低的超电势或分解水所需的能量。50% WGC 的过电势为 21.13 mV，而 20% Pt-C/CC 的过电势为 46.03 mV。

研究团队认为，更具成本效益和能源效率的电催化剂(例如 50% WGS)对于实现世界清洁能源目标至关重要。 “我们的目标是探索我们的自支撑电极技术的可扩展性和实际实施。我们的最终目标是为向可持续能源格局的过渡做出贡献，其中氢作为清洁和可再生能源可以发挥至关重要的作用。”

来自马来西亚雪兰莪州达鲁依山厦门大学能源与化学工程学院和纳米能源与催化技术卓越中心(CONNECT)的Jian Yiing Loh也对这项研究做出了贡献。这项研究是马来西亚国家政策倡议的一部分，即国家能源转型路线图(NETR)和氢经济和技术路线图(HETR)，以促进马来西亚未来5年的可持续能源。