扬州大学刁国旺、倪鲁彬/清华大学魏永革AFM：多金属氧酸盐锚定ZnCoS纳米线作为显著双功能全电解水电催化剂的制备

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天然丰富且高效的双功能物质应用于析氢和析氧反应对于电解过程并提高氢生产效率是至关重要的。过渡金属硫化物由于其价格低廉、生态友好、低电负性和优异的电催化性能而成为 HER 和 OER 催化的理想催化剂。3D 导电模板由于具有大表面积、众多活性通道、增强的电子传输动力学和升级的离子传输等优点受到研究者青睐，在3D导电模板上设计了多种形貌的过渡金属硫化物（如纳米线、纳米片、纳米管等）并对其进行了大量研究。 然而，过渡金属硫化物在碱性电解质中的电导率偏小和耐久性问题仍然阻碍了它们的广泛应用。因此一种高效，稳定，廉价的电催化剂的应用是十分重要的。

本文要点

1：优异的析氧反应性能

电化学分析显示出 POM@ZnCoS/NF具有 低 OER 过电位200/300 mV，以及在20/50 mA cm^-2 的高电流密度下的高耐久性。证明了在碱性介质中。

2.优异的析氢性能

电化学分析结果表明，POM@ZnCoS/NF具有较低的HER过电位 (170/337)，在电流密度10/40 mA cm⁻²下具有良好的耐久性。

 

3. 优越的全电解水过程

由POM@ZnCoS/NF阳极和阴极组成的两电极电解池显示出理想的1.56 V的分解电压，并伴随着剧烈的氢和氧气泡的析出，提供10 mA cm⁻²的电流密度，进行全电解水。 证明了所合成的催化剂具有出色的双功能催化活性和稳定性，可用于完整的水裂解过程。

4. 多金属氧酸盐锚对效应对全电解水过程的影响

这项工作通过Faradic 区域内的CV曲线测量了材料的电活性位点数，深入研究了多金属氧酸盐对全电解水的影响。在POM@ZnCoS NWs体系中出现大量催化位点(2.012×1018 atoms cm⁻²)，远高于ZnCoS NWs材料(0.983×1018 atoms cm⁻²) 和ZnCo DHNWs材料 (0.833×1018 atoms cm⁻²), 这对于提高电催化剂的催化活性非常重要。 

总之，一种高效、耐用且具有成本效益的双功能催化剂 POM@ZnCoS NWs 纳米线首次通过简便的两步水热法制备。POM@ZnCoS NWs 对 OER 和 HER 的电催化活性分析，揭示了POM对 HER 和 OER 的全电解水特殊的高效多功能催化活性。POM@ZnCoS NWs相比于商业 Pt/C 和 RuO₂ 催化剂其电催化效果在碱性介质中具有更低的过电位， 更高耐久性和塔菲尔斜率值。

论文第一作者为扬州大学化学化工学院博士后Jagadis Gautam，论文通讯作者为扬州大学化学化工学院倪鲁彬副教授、刁国旺教授和清华大学化学系魏永革教授。扬州大学化学化工学院为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金资助支持。

参考文献：

Jagadis Gautam, Yi Liu, Jie Gu, Zhiyuan Ma, Junjie Zha, Bipeen Dahal, Lu-Nan Zhang, Aadil Nabi Chishti, Lubin Ni,* Guowang Diao,* and Yongge Wei*. Fabrication of Polyoxometalate Anchored Zinc Cobalt Sulfide Nanowires as a Remarkable Bifunctional Electrocatalyst for Overall Water Splitting. DOI: 10.1002/adfm.202106147

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https://doi.org/10.1002/adfm.202106147

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