大连理工大学侯军刚教授NC：分级过渡双金属氧化物/硫化物异质结构阵列上的工程活性位点，实现稳健的整体水分解

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文章信息

利用钌诱导的纳米合金晶格应变实现稳健的双功能制氢

第一作者：Panlong Zhai，Yanxue Zhang，Yunzhen Wu

通讯作者：侯军刚*

单位：大连理工大学

研究背景

水电解产生清洁能源是解决能源问题的一个可行方案。制氢的可持续替代方案是电催化水分解，包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。一般来说，贵金属材料，铂用于HER和钌或铱用于OER，是典型的电催化剂。然而，由于稀有和高成本，实际应用受到使用贵重材料的限制。为此，通过整合OER和HER催化剂在各种介质中进行水分解来生产双功能材料是很有意思的。为了应对这些挑战，催化HER、OER和整体水分解已经通过广泛的催化剂进行，例如氧化物、氢氧化物、磷化物、氮化物和硫属元素化物。因此，迫切需要为工业应用设计富含稀土的低成本非贵金属催化剂。

文章简介

近日，大连理工大学侯军刚教授等在国际顶级期刊nature communications (影响因子：12.121)上发表题为“Engineering active sites on hierarchical transition bimetal oxides/sulfides heterostructure array enabling robust overall water splitting”的研究工作。
该工作通过氧化/氢化诱导的表面重构策略制备了与一维NiOx/Ni3S2纳米棒相连的分级过渡双金属氧化物/硫化物异质结构阵列相互作用的二维MoOx/Mo2S2纳米片。NiMoX/NiMoS异质结构阵列在10mA·cm-2时表现出38mV的析氢过电位和186mV的析氧过电位，即使在500mA·cm-2的大电流密度下也能长期稳定地存活。
由于通过理论计算优化了吸附能量和加速的水分解动力学，组装的双电极电池提供了500和1000mA·cm-2的工业相关电流密度，并记录了1.60和1.66V的低电池电压，具有出色的耐用性。

本文要点

要点一：这项工作采用氧化/氢化诱导的表面重构策略，以镍钼体系结构为前驱体，制备了分级过渡双金属氧化物/硫化物阵列，二维MoOx/MoS2纳米片与一维NiOx/Ni3S2纳米棒阵列相互作用。
要点二：受益于异质结构工程，合成的NiMoOx/NiMoS阵列表现出显著的电催化性能，在HER为38、89、174和236mV，在OER为10、100、500和186、225、278和334mV上，过渡金属氧化物/硫化物异质结构阵列的电催化性能显著提高。
要点三：密度泛函理论计算表明，NiMoOx和NiMoS之间的耦合界面优化了吸附能，加速了水分解动力学，从而提高了催化性能。

相关链接
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19214-w
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