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ACS Nano：構(gòu)建非晶/晶態(tài)陣列，增強(qiáng)PEC全水分解

電催化水分解制氫是一種可持續(xù)的大規(guī)模制氫方法，它能夠有效緩解化石燃料危機(jī)和環(huán)境問題。貴金屬材料，如Pt和Ir/Ru氧化物(RuO₂或IrO₂)，被認(rèn)為是HER和OER的基準(zhǔn)催化劑。然而，貴金屬材料的稀缺性和高昂的價(jià)格限制了它們的大規(guī)模使用。

因此，需要人們?cè)O(shè)計(jì)并制備出高效且具有成本效益和持久的非貴金屬雙功能電催化劑。

近日，云南大學(xué)胡廣志、陳安然、卡迪夫大學(xué)Huang Xiaoyang和于默奧大學(xué)Thomas W?gberg等通過陽離子交換誘導(dǎo)表面重構(gòu)策略，成功制備出具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Ni₃S₂-Ni(OH)₂和晶體-非晶體)的電催化劑(NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF)。

所制備的NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能電催化活性，其在電流密度為10 mA cm^-2和100 mA cm^-2下的HER過電位分別為55 mV和116 mV，OER過電位分別為182 mV和208 mV。

此外，以NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF為電極所構(gòu)建的雙電極堿性電解槽只需要1.48、1.58和1.74 V的超低電池電壓即可分別達(dá)到10、100和500 mA cm^-2的電流密度，并且具有超過200小時(shí)的優(yōu)良耐久性。

在工業(yè)條件下，該雙電極系統(tǒng)僅需要1.55 V和1.62 V的超低電壓就能分別達(dá)到500 mA cm^-2和1000 mA cm^-2的工業(yè)電流密度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF中的Ni位點(diǎn)是真正的HER活性中心，因?yàn)槠渚哂凶罴训腍吸附/解吸性能；層狀異質(zhì)結(jié)增加了Fe和Ni催化中心的電子離域，降低了限速步驟的能壘，促進(jìn)了O₂的解吸，提升了催化劑的OER活性。

因此，晶態(tài)Ni₃S₂-Ni(OH)₂異質(zhì)界面是提高材料性能的關(guān)鍵，而優(yōu)異的OER活性與非晶態(tài)NiFe(OH)_x層有關(guān)。綜上，這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)和開發(fā)用于大規(guī)模清潔能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用的高性能異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑提供了有效的策略。

Interface Engineering on Amorphous/Crystalline Hydroxides/Sulfides Heterostructure Nanoarrays for Enhanced Solar Water Splitting. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c09880

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