近期，我校汪文龙研究员团队在电解水制氢催化剂领域取得研究进展，相关成果以“Interfacial Electronic Modulation of Mo5N6/Ni3S2 Heterojunction Array Boosts Electrocatalytic Alkaline Overall Water Splitting”为题发表在材料学领域TOP期刊《Small》。该论文以东莞理工学院为第一单位，博士后方彬是该论文的第一作者，汪文龙研究员为通讯作者。
由于化石燃料的短缺和对环境的污染，电解水制氢技术成为一种可持续生产高质量氢气且无碳排放的有效方法。然而，析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的缓慢动力学显著限制了电解水的效率。这促使研究人员探索具有降低动态过电位的有效电催化剂。本论文中，我们从构建具备多相异质结结构的泡沫镍基材料出发，使用水热和高温氮化的制备方法制备得到了高效的Mo5N6/Ni3S2 HNPs/NF电催化剂。接着，我们研究了Mo5N6/Ni3S2 HNPs/NF在酸性和碱性环境中的HER电催化性能、Mo5N6/Ni3S2 HNPs/NF碱性环境中的OER性能以及Mo5N6/Ni3S2 HNPs/NF作为双功能电催化剂在全解水过程中的性能。得益于优化的电子结构构型、层次化的三维多孔结构和丰富的异相界面，Mo5N6/Ni3S2 HNPs/NF电极在1 M KOH溶液中表现出非常稳定的双功能电催化活性。在1 M KOH溶液中，仅需要59 mV和190 mV的超低过电位即可提供10 mA cm-2的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）电流密度。重要的是，由Mo5N6/Ni3S2 HNPs/NF组装的全解水电解槽表现了超低的电池电压（1.48 V@10 mA cm-2）和出色的耐久性，超过了大多数报道的镍基双功能材料。密度泛函理论（DFT）进一步证实异质结构可以优化含H和O中间体（OH, O, OOH）在HER和OER过程中的吉布斯自由能，从而加速电化学水裂解的催化动力学。
本论文的主要创新点是使用直接高温氮化的制备方法得到了具备丰富的多相异质结结构的Mo5N6/Ni3S2材料、利用DFT理论计算揭示了界面结构在优化整体材料的电子结构和促进电解水过程中关键中间体的吸附能力。这一发现为低成本和优良的整体水裂解催化剂提供了新的设计策略。
文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202310825
撰稿：方彬 一审：汪文龙 二审：尹华勤 三审：李长平
