Three-Phase Heterojunction NiMo-Based Nano-Needle for Water Splitting at Industrial Alkaline ConditionGuangfu Qian, Jinli Chen, Tianqi Yu, Jiacheng Liu, Lin Luo, Shibin Yin*
Nano-Micro Letters (2022)14: 20
https://doi.org/10.1007/s40820-021-00744-x
本文亮点1. 通过三相异质结界面调节HER/OER反应中间体的吉布斯自由能，提高催化活性。2. Ni/MoO₂@CN在±1000 mA cm⁻2具有较低的HER/OER过电位(267/420 mV)。
3. 在6.0 M KOH+60 ℃条件下，Ni/MoO₂@CN可以在1000 mA cm⁻2稳定工作330小时。
内容简介氢能是替代传统化石能源实现“碳达峰”和“碳中和”的重要选择。电解水制氢具有简单、快速、无污染等优点，被认为是理想的可持续发展的制氢技术，能有效解决氢能工业对高纯廉价氢气的需求。但电解水制氢需要高效稳定的催化剂来降低大电流密度(>500 mA cm⁻2)下的反应过电位，减少能耗。因此，开发大电流密度下具有超高活性和超高稳定性的催化材料对于降低制氢成本和推动电解水制氢产业的发展意义重大。广西大学尹诗斌教授团队采用密度泛函理论(DFT)模拟构建了氮掺杂碳包覆镍耦合二氧化钼三相异质结模型，并研究了其电子结构及HER/OER过程中的吉布斯自由能变化。随后通过简单的溶剂热反应和高温煅烧相结合的方式，制备出具有自支撑结构的氮掺杂碳包覆镍耦合二氧化钼三相异质结催化剂(Ni/MoO₂@CN)，随后采用TEM、XPS等物理表征进一步验证三相异质结界面的存在及催化剂中的电子相互作用。得益于自支撑的三相异质结界面，该催化剂在大电流密度下表现出很好的电化学活性及稳定性，并能够在模拟工业条件下(6.0 M KOH+60 ℃)稳定全水解330 h。这项工作为设计并制备高效廉价的大电流密度非贵金属电解水催化材料提供了独特的思路。图文导读I 密度泛函理论研究
得益于自支撑的三相异质结构，Ni/MoO₂@CN表现出优异的HER/OER活性，在±10和±1000 mA cm⁻2下表现出较低的HER (33/267 mV)和OER (250/420 mV)过电位。Ni/MoO₂@CN同时被作为阴/阳极用于全水解时，在1.0 M KOH+30 ℃下，200、500和1000 mA cm⁻2的电流密度对应的电位分别为1.83、1.92和2.02 V，明显优于贵金属催化剂。此外，其可以在模拟工业环境中(6.0 M KOH+60 ℃)，在1000 mA cm⁻2下连续稳定运行330小时，表现出优异的稳定性。
图4. (a) Ni/MoO₂@CN作为双功能电极的全水解示意图；(b) Ni/MoO₂@CN和贵金属对比样在不同溶液中的全水解LSV曲线；(c) Ni/MoO₂@CN和已报道催化剂对比；(d, e) Ni/MoO₂@CN在1.0 M KOH+30 ℃和6.0 M KOH+60 ℃中的计时电位曲线；(f) Ni/MoO₂@CN在30.0 mA下测量H₂/O₂体积与时间的函数关系；(g) NF和Ni/MoO₂@CN在1.0 M KOH下的CA图，插入：光学照片。
尹诗斌
钱光付
