李光琴教授課題組：NiTe納米陣列的界面電子結(jié)構(gòu)調(diào)控助力電催化氧析出
發(fā)展有效的能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)未來(lái)可再生能源可持續(xù)利用的關(guān)鍵。氧析出反應(yīng)是眾多能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)例如人工光合作用、金屬空氣電池等系統(tǒng)的關(guān)鍵半反應(yīng)，然而氧析出反應(yīng)的緩慢的動(dòng)力學(xué)嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的整體效率。盡管目前包括各種釕和銥貴金屬催化劑已經(jīng)報(bào)道作為有效的氧析出電催化劑來(lái)提高反應(yīng)的效率，但目前的催化劑仍難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。發(fā)展有效的策略來(lái)調(diào)控電催化劑的性能，從而制備出經(jīng)濟(jì)、高效、廉價(jià)的氧析出電催化劑一直都是研究的難點(diǎn)。
近日，李光琴課題組通過(guò)構(gòu)建有效的納米界面來(lái)調(diào)控催化劑的電子結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制備出高效廉價(jià)的氧析出反應(yīng)異質(zhì)結(jié)電催化劑，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算對(duì)界面調(diào)控催化性質(zhì)的機(jī)制進(jìn)行了研究。他們首先以泡沫鎳為基底，通過(guò)直接化學(xué)刻蝕的方法制備出泡沫鎳負(fù)載的“十字柱”型的NiTe納米陣列。進(jìn)一步通過(guò)離子交換反應(yīng)在NiTe表面修飾NiS納米顆粒來(lái)調(diào)控NiTe的電子結(jié)構(gòu), 制備出NiTe/NiS 異質(zhì)結(jié)催化劑。NiTe/NiS異質(zhì)結(jié)催化劑中NiS和NiTe之間強(qiáng)的電子相互作用能夠觸發(fā)電子從“Ni”向“S”轉(zhuǎn)移，從而有效調(diào)控催化中心“Ni”的電子結(jié)構(gòu)，使得Ni的”d帶中心”左移，從而優(yōu)化Ni對(duì)活性中間體的吸附，降低了OER反應(yīng)所需的能量，大大提高催化活性，僅需要257mV 的過(guò)電位就可實(shí)現(xiàn)100mA cm-2的電流密度。這項(xiàng)工作為理解電催化劑的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系和開(kāi)發(fā)高效的電催化劑提供了新的思路。
圖1 “十字柱”型的NiTe/NiS異質(zhì)結(jié)納米陣列電催化氧析出
相關(guān)研究工作 以“Interfacial Electronic Structure Modulation of NiTe Nanoarrays with NiS Nanodots Facilitates Electrocatalytic Oxygen Evolution”為題發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials上（Ziqian Xue，Xia Li，Qinglin Liu，Mengke Cai，Kang Liu，Min Liu，Zhuofeng Ke，Xialin Liu，Guangqin Li*，Advanced Materials, 2019, 1900430）。文章第一作者為博士生薛自前。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，臺(tái)灣光源，廣東省“珠江人才計(jì)劃”引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的大力支持。
鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201900430
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