利用各種高效非貴金屬材料作為水電解的催化劑可以實現(xiàn)經濟和可持續(xù)生產綠色氫氣。其中，Ni的硫化物因其高活性、獨特的結構構型和優(yōu)良的導電率而被認為是一種很有前途的候選物。然而，在催化過程中，這些硫化物不可避免地會被部分甚至全部氧化成金屬(氧化物)氫氧化物。特別是，在高電流密度(＞500 mA cm-2)保證硫化鎳的活性和穩(wěn)定性是一個更大的挑戰(zhàn)。
此外，不完全可逆重建和可溶性硫酸鹽的形成也影響了硫化物催化劑的穩(wěn)定催化作用。因此，有必要建立一種有效的策略，在不抑制其優(yōu)異活性的情況下提高硫化鎳的穩(wěn)定性。近日，蘭州大學席聘賢和安麗等基于Fick定律，通過精確調整氧-硫交換過程，設計并合成了一系列包層型NiO/NiS異質結構。密度泛函理論(DFT)計算結果表明，O-Ni-S原子排列是在氧化物-硫化物界面上最穩(wěn)定的形式。結合多種原位光譜分析，發(fā)現(xiàn)這種排列模式可以促進電子從NiS轉移到NiO，從而導致電子在表面NiO上積累，降低表面Ni-O鍵的共價性。這意味著，NiS通過界面電子相互作用耦合NiO穩(wěn)定成分，可以潛在地增強電荷轉移，防止Ni2+離子沉淀，并將晶格氧固定在晶體結構中。由于Ni位點和O位點穩(wěn)定，構建的具有增強耐腐蝕性的NiO/NiS即使在500小時CP測量后，在10 mA cm-2電流密度下的過電位僅為256 mV，以及在500 mA cm-2電流密度下能夠穩(wěn)定電解超250小時。進一步研究發(fā)現(xiàn)，包層型NiO/NiS的適度重建是由于Ni的可逆溶解；并且在重建的NiOOH中摻雜少量的S原子，使重建的NiO/NiS對含氧中間體具有中等的吸附和解吸強度，以保持高效的長期催化作用。總的來說，該項工作證實了精確控制涂層的組成和厚度對于提升催化劑穩(wěn)定性的重要作用，為設計和開發(fā)高效穩(wěn)定的陽極催化劑提供了一種新的表面改性策略。Surface cladding engineering via oxygen sulfur distribution for stable electrocatalytic oxygen evolution reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202413348
