析氧反應(yīng)(OER)在電化學(xué)分水的陽極一側(cè)進(jìn)行，其緩慢的動力學(xué)阻礙了整體水分解產(chǎn)氫的實際應(yīng)用。開發(fā)一種活性和穩(wěn)定的電催化劑，以加速OER的動力學(xué)是一種有效的方法。3d過渡金屬硫化物(TMS)具有低成本、豐度高、環(huán)境友好、電化學(xué)性能優(yōu)良等特點，近年來作為高效、流行的OER電催化劑受到廣泛關(guān)注。然而，過渡金屬硫化物催化劑在空氣中和氧析出反應(yīng)(OER)下的不穩(wěn)定性嚴(yán)重降低了它們在電化學(xué)水分解反應(yīng)中的活性和穩(wěn)定性，抑制了它們的實際應(yīng)用。
基于此，福州大學(xué)程年才和深圳航天科技創(chuàng)新研究院呂海峰等合成了NiS2納米片(NiS2 NSs)，并引入N原子與Ni和S進(jìn)行橋聯(lián)，導(dǎo)致N原子橋聯(lián)的NiS2 NSs (N-NiS2 NSs)中產(chǎn)生缺乏電子的Ni和S位點，從而增強(qiáng)催化劑的穩(wěn)定性。在理論機(jī)理研究的指導(dǎo)下，通過在Ni-S位上引入N原子構(gòu)建缺電子分布，顯著削弱了二硫化鎳(NiS2)對分子氧的吸附能力和電子相互作用，有效地抑制了空氣中的O2吸附和親電活化過程，從而實現(xiàn)了NiS2在空氣中的穩(wěn)定性。此外，理論計算進(jìn)一步表明，這種電子分布將削弱OH在NiS2上的吸附，從而抑制OER過程中的重構(gòu)過程。因此，在空氣暴露一個月后，N-NiS2 NSs中只有28.1%的NiS2相被氧化成NiSO4，對于OER僅有13 mV過電位下降；在N-NiS2 NSs中原位構(gòu)建的N-NiS2/NiOOH異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為OER活性物種，OER活性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于由NiS2 NSs完全轉(zhuǎn)化的NiOOH。通過密度泛函理論(DFT)計算，N-NiS2/NiOOH異質(zhì)結(jié)在界面上具有強(qiáng)的電子重排特征，從而提高了化學(xué)吸附能力和電導(dǎo)率。更重要的是，這種提高空氣穩(wěn)定性的策略也適用于其他過渡金屬硫化物(TMS)(如CoS2和FeS2)。Constructing Air-Stable and Reconstruction-Inhibited Transition Metal Sulfide Catalysts via Tailoring Electron-Deficient Distribution for Water Oxidation. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c03338
