原創 化學與材料科學 2022-01-25 16:17
電解水能夠實現風能、太陽能等可再生能源到氫能的轉化，因其綠色環保的優勢被視為有潛力的制氫方法。電解水陰極所發生的析氫反應（HER）是實現高轉換效率的關鍵所在。硫化鎳材料在用作HER催化劑方面受到廣泛關注，且其中的Ni位點被驗證是活性中心；然而，進一步提升硫化鎳材料的活性是必需的，此外，是否能實現硫化鎳中活性位點的調控留有挑戰。
對此，武漢理工大學木士春教授、寇宗魁教授與新加坡國立大學John Wang教授合作于近日在Advanced Energy Materials（IF: 29.368）上發表了題為“Swapping Catalytic Active Sites from Cationic Ni to Anionic S in Nickel Sulfide Enables More Efficient Alkaline Hydrogen Generation”的論文。該論文通過構筑異質NiS2-NiS與NiS2納米花間的分級結構，實現了從陽離子Ni到陰離子S的活性位點反轉，所制備的NiS2/NiS2-NiS電極在堿性介質中呈現出出色的HER及OER、電解水催化活性。
本文要點
（1）水熱后硫化的兩步法能構筑出異質NiS2-NiS與NiS2納米花間的分級結構。
（2）NiS2/NiS2-NiS擁有出色的動力學和豐富的活性位點，在1M KOH中僅需55 mV的過電位便能輸出10 mA cm-2的HER電流密度。
（3）密度泛函理論計算驗證了從Ni位點到S位點的活性位點反轉。
（4）NiS2/NiS2-NiS電極同樣呈現出出色的OER及電解水催化活性。
作者簡介
木士春教授，武漢理工大學學科首席教授，博士生導師。主要從事質子交換膜燃料電池關鍵材料與核心器件、電化學產氫、鋰離子電池材料和碳納米材料等研究工作。目前，作為第一作者及通訊作者已在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、ACS Nano.、ACS Catal.、ACS Energy Lett.、Nano Energy等國內外期刊上發表250余篇SCI學術論文，申請國家發明專利近102件，其中授權84件。
寇宗魁教授，湖北省高層次人才（青年項目），湖北省楚天學子。主要研究方向為原子尺度電催化材料的開發及催化機理研究。近五年在材料、化學、能源及其交叉學科領域發表學術論文100余篇，其中以第一作者及通訊作者在Adv Mater、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、ACS Energy Letters、Electrochemical Energy Review、Adv Sci、ACS Catal、Nano Energy等發表SCI論文50余篇，SCI他引5000余次，h因子為43；獲國家授權發明專利2項；主持并參與多項國家及省部級科研項目。受邀多本國際高影響力學術期刊獨立審稿人。任《Interdisciplinary Materials》期刊學術編輯。受邀參加多個國際會議并作邀請報告。
John Wang教授，新加坡國立大學材料科學與工程系教授，在功能材料和材料化學領域擁有30多年的教學和科研經驗。John Wang教授目前的研究方向包括：多鐵性薄膜及器件，二維材料化學，納米結構材料在能源與環境中的應用；在國際頂級學術期刊上已發表超過400篇著作。John Wang教授曾擔任新加坡國立大學材料科學與工程系主任7年（2012年06月-2019年7月），并且于2019年當選為亞太材料科學院院士，2020、2021年科睿唯安全球高被引學者。
論文信息
Pengyan Wang#, Tingting Wang#, Rui Qin, Zonghua Pu, Chengtian Zhang, Jiawei Zhu, Ding Chen, Dong Feng, Zongkui Kou*, Shichun Mu*, John Wang*. Swapping Catalytic Active Sites from Cationic Ni to Anionic S in Nickel Sulfide Enables More Efficient Alkaline Hydrogen Generation. Advanced Energy Materials, 2021, DOI: 10.1002/aenm.202103359
原文鏈接
https://doi.org/10.1002/aenm.202103359