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​侯阳/戴黎明/邱明Nature子刊：安培级电流密度！S-NiBDC助力HER

时间：2022-11-16 来源： 浏览：

​侯阳/戴黎明/邱明Nature子刊：安培级电流密度！S-NiBDC助力HER

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二维（2D）金属有机骨架（MOFs）已被作为析氢反应（HER）的有效电催化剂，但是在超高电流密度下缓慢的水活化动力学和结构不稳定性阻碍了其大规模工业应用。
基于此， 浙江大学 侯阳教授、澳大利亚新南威尔士大学戴黎明教授和华中师范大学邱明副教授（共同通讯作者）等人 报道了一种通用配体调控策略，
以构建具有S的良好排列的Ni-苯二甲酸（BDC）基MOF纳米片阵列（S-NiBDC）。在碱性电解质中，S-NiBDC阵列表现出310 mV的过电位，达到1.0  A cm -2 ，具有较高的稳定性。
作者构建了两层支撑NiBDC和S-NiBDC模型，其中Ni原子与BDC有机连接体配位形成NiBDC结构，而部分BDC配体被1, 4-苯二甲硫醇（BDMT）取代，与Ni中心连接形成S-NiBDC结构。
在S-NiBDC中，“Ni 2 -S 1 ”基序类似于[FeFe]-氢化酶中的Fe-S核心。在引入S物种后，S-NiBDC结构的p态更容易促成高HER活性，同时引入的S物种为成键和反键轨道带来更多状态，有助于整个HER反应的中间体吸附和电子传输。
对S-NiBDC和NiBDC进行DFT计算，以更好地理解HER机理。在所有研究位点中，经S原子修饰的Ni位点在热力学上更有利于水的吸附，表明水分子易在S-NiBDC的Ni位点上被激活，加速HER过程。
对比NiBDC（-0.38 eV）和Ni位点（-0.31 eV），S-NiBDC中的S位点提供H*（ΔG H* ）的最佳值（-0.12 eV）更接近最佳值，表明活性区域中的S位点对于H 2 析出最有效。
三角形“Ni 2 -S 1 ”活性区中的整个HER过程：水分子被S配位的Ni位点捕获，然后在Ni位点上解离，形成H原子和OH - ，在借助一个自由电子激活水分子，生成的H原子进一步吸附在S位点并最终生成H 2 。
Accelerated water activation and stabilized metal-organic framework via constructing triangular active-regions for ampere-level current density hydrogen production. Nat. Commun., 2022 , DOI: 10.1038/s41467-022-34278-6.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34278-6.
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