近日，我?；瘜W學院在電解水領(lǐng)域取得進展，相關(guān)成果以《Hollow Fe-doped Ni(OH)2-NiS@Ni(OH)2Nanorod Array with Regulated Heterostructural Interface and Band Structure for Expediting Alkaline Electrocatalytic Overall Water Splitting》為題在線發(fā)表于國際頂級學術(shù)期刊《Advanced Functional Materials》（中科院大類一區(qū)TOP期刊，影響因子18.5），化學學院研究生石睿東為第一作者，周功兵教授為唯一通訊作者，我校為唯一署名單位。
電解水析氫為緩解化石能源危機提供了一種清潔、高能量的替代方案。然而，在堿性環(huán)境下，該反應受到緩慢的陰極析氫反應動力學和陽極析氧四電子轉(zhuǎn)移過程所限制。為了克服這一挑戰(zhàn)，提高堿性條件下全解水效率，該研究以氧化鋅納米棒為模板，通過“電沉積-刻蝕-電沉積”策略設(shè)計合成了表面為納米片的Fe摻雜Ni(OH)2-NiS@Ni(OH)2中空納米棒陣列納米材料。該材料具有高指數(shù)Ni(OH)2(101)-NiS(211)異質(zhì)界面和上移的d帶中心。這一結(jié)構(gòu)增強了H2O和OH-等反應物在催化劑表面的吸附，適度鍵合析氫反應H*中間體并加速其電子轉(zhuǎn)移，通過促進OH*中O-H鍵斷裂及優(yōu)化O*吸附降低了析氧反應決速步(OH*→ O*)所需能量，提高了表面活性中心的暴露，最終降低了反應活化能。在10 mA cm-2電流密度下，析氫反應和析氧反應的過電位分別低至66.4 mV和254.9 mV，且在100mV和300 mV下氫氣和氧氣的轉(zhuǎn)換頻率分別達142 s-2和279 s-2，均優(yōu)于相應直接電沉積的催化材料。將該材料作為雙功能電極用于全解水時，達到10 mA cm-2電流密度所需電壓僅為1.57 V，并可持續(xù)運行超168小時，接近Pt/C||RuO2基準水平。該研究成果為通過設(shè)計空心納米結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)異質(zhì)界面和能帶結(jié)構(gòu)以提高非貴金屬納米催化劑在全解水中的本征催化性能提供了有益參考，在能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域具有潛在的應用前景。
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