近日，我院余長林教授課題組在在高效整體水分解電催化劑研究中取得重大突破,。研究成果以“Core-Shell Quantum Wires-Supported Single-Atom Fe Electrocatalysts for E?cient Overall Water Splitting”為題發(fā)表于Small 2024, 2409542（全文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202409542）,。化學(xué)工程學(xué)院李泊林博士為第一作者,，李澤勝和余長林教授為通訊作者,。Small為國際納米材料領(lǐng)域的頂尖雜志之一，在納米材料領(lǐng)域具有權(quán)威影響力,，影響因子為13.3,。
在能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)領(lǐng)域,，電催化水分解作為一種綠色,、高效的制氫技術(shù),，當(dāng)前受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。其中,，開發(fā)新型高效的電催化劑是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)商業(yè)化的關(guān)鍵,。單原子催化劑（SACs）因其最大化的原子利用效率和獨(dú)特的活性位點(diǎn)，在電催化反應(yīng)中展現(xiàn)出卓越的性能,。然而,，如何進(jìn)一步優(yōu)化SACs的電子結(jié)構(gòu)和界面性質(zhì)，以提高其在氫進(jìn)化反應(yīng)（HER）和氧進(jìn)化反應(yīng)（OER）中的雙功能活性,，仍是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的工作,。
在這項(xiàng)工作中，研究人員通過結(jié)合界面工程和摻雜工程,，發(fā)明了一步氣相化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù),，制備了一種新穎的單原子鐵（Fe）摻雜的碳包覆鎳硫化物（Ni3S2）核心-殼量子線陣列（Ni3S2@Fe-SACs）電催化劑。該催化劑展現(xiàn)出了極高的電解水產(chǎn)氫的性能,。在1 m KOH溶液中,，HER和OER的過電位分別為46 mV和219 mV的優(yōu)異電催化性能。此外,，由Ni3S2@Fe-SACs組裝的雙電極電解槽在實(shí)現(xiàn)10 mA cm?2的堿性整體水分解時(shí),，僅需1.465 V的低電壓。這種材料的設(shè)計(jì)充分考慮了材料的電子結(jié)構(gòu)和界面電子轉(zhuǎn)移調(diào)控,，達(dá)到催化過程中的瞬態(tài)和氫/氧中間體的吸附能的最佳調(diào)控,。
圖：展示了整體水分解性能，包括雙功能催化劑測試系統(tǒng)的示意圖,、OWS極化曲線,、恒定電流密度下的計(jì)時(shí)電位曲線，以及雙功能電催化劑的HER和OER催化機(jī)理,。
這一成果不僅在電催化活性上取得了突破,，而且在產(chǎn)氫穩(wěn)定性上也表現(xiàn)出色，為未來氫能轉(zhuǎn)換應(yīng)用中高活性和高穩(wěn)定性電催化劑的開發(fā)提供了重要的參考,。
撰稿：李泊林 審稿：余長林 簽發(fā)：隋亦可
