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​程年才/吕海峰ACS Catalysis：调控缺电子分布N-NiS2实现空气稳定/抑制重构

时间：2022-11-06 来源： 浏览：

​程年才/吕海峰ACS Catalysis：调控缺电子分布N-NiS2实现空气稳定/抑制重构

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析氧反应(OER)在电化学分水的阳极一侧进行，其缓慢的动力学阻碍了整体水分解产氢的实际应用。开发一种活性和稳定的电催化剂，以加速OER的动力学是一种有效的方法。3d过渡金属硫化物(TMS)具有低成本、丰度高、环境友好、电化学性能优良等特点，近年来作为高效、流行的OER电催化剂受到广泛关注。然而，过渡金属硫化物催化剂在空气中和氧析出反应(OER)下的不稳定性严重降低了它们在电化学水分解反应中的活性和稳定性，抑制了它们的实际应用。
基于此， 福州大学程年才 和 深圳航天科技创新研究院 吕海峰 等合成了NiS 2 纳米片(NiS 2 NSs)，并引入N原子与Ni和S进行桥联，导致N原子桥联的NiS 2 NSs (N-NiS 2 NSs)中产生缺乏电子的Ni和S位点，从而增强催化剂的稳定性。
在理论机理研究的指导下，通过在Ni-S位上引入N原子构建缺电子分布，显著削弱了二硫化镍(NiS 2 )对分子氧的吸附能力和电子相互作用，有效地抑制了空气中的O 2 吸附和亲电活化过程，从而实现了NiS 2 在空气中的稳定性。此外，理论计算进一步表明，这种电子分布将削弱OH在NiS 2 上的吸附，从而抑制OER过程中的重构过程。
因此，在空气暴露一个月后，N-NiS 2 NSs中只有28.1%的NiS 2 相被氧化成NiSO 4 ，对于OER仅有13 mV过电位下降；在N-NiS 2 NSs中原位构建的N-NiS 2 /NiOOH异质结构作为OER活性物种，OER活性和稳定性远高于由NiS 2 NSs完全转化的NiOOH。
通过密度泛函理论(DFT)计算，N-NiS 2 /NiOOH异质结在界面上具有强的电子重排特征，从而提高了化学吸附能力和电导率。更重要的是，这种提高空气稳定性的策略也适用于其他过渡金属硫化物(TMS)(如CoS 2 和FeS 2 )。
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
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