Angew：海南大学邓意达团队Mo调控非晶态镍硫硒一体式电极用于大电流密度中性电解水制氢

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Angew：海南大学邓意达团队Mo调控非晶态镍硫硒一体式电极用于大电流密度中性电解水制氢

来源：海南大学 2022-12-13

导读：近日，海南大学邓意达教授团队在Mo调控非晶态镍硫硒一体式电极用于大电流密度中性电解水制氢中取得研究进展。

电解水制氢具有可再生能源适配性强、气体纯度高、能耗低等优势，是耦合可再生能源、解决间歇式电力消纳难题的重要途径，对于保障我国能源安全、实现“双碳”目标具有重要意义。传统酸性或碱性电解水制氢技术往往会造成催化剂稳定性下降、设备易腐蚀等问题。与此相比，中性电解水制取绿氢具有成本低、环境友好、寿命长等优势，受到人们广泛关注。然而，由于中性电解液电导率低导致催化剂的析氧（OER）和析氢（HER）反应热力学和动力学缓慢，从而使电解水过电位较高，导致制氢成本升高。

为解决上述难题，海南大学邓意达教授、郑学荣教授、王杨副教授团队以高导电性泡沫镍为集流体，设计开发了一种具有超薄非晶结构的镍硫硒一体式电极，并在此基础上进一步通过钼原子掺杂来定向调控了金属镍位点的电子结构，一体式电极在中性电解液中10 mA cm⁻²高电流密度下的HER和OER过电位仅分别为48 mV和238 mV，全解水电压为1.52 V，而在1,000 mA cm⁻² 的高电流密度下其HER和OER过电位仅分别为209mV和514 mV，全解水电压为1.98 V，并且在稳定运行300 h后其全解水性能几乎没有明显衰减。实验与理论计算结果表明，本项工作开发的钼掺杂镍硫硒非晶结构一体式电极在中性电解液中优异的析氢、析氧双功能活性和全解水性能主要归因于：① 一体式电极结构和超薄纳米片阵列结构为在中性电解液中开展电解水过程提供了良好的电导特性，提高了催化剂活性位点与电解液的有效接触比例，提升了催化过程中的电子、活性分子等质荷传输动力学；② 钼原子的引入可以有效增加非晶结构镍硫硒材料中金属镍位点的局域电子态密度，定向调控材料的带隙结构，降低了催化过程的决速步能垒，提升了催化位点的本征活性。因此，本项工作中一体式电极的合理设计与构筑为其在中性电解液中开展析氢、析氧反应提供了良好的热力学和动力学条件，进而提升了材料的全解水性能，为设计开发可满足工业化需求的中性电解水制氢催化剂提供一种可行思路。

本项工作以海南大学王杨副教授为第一作者，邓意达教授、郑学荣教授为共同通讯作者，海南大学为第一通讯单位发表在Angew.Chem.Int.Ed., https://doi.org/10.1002/anie.202215256.

参考资料：https://ha.hainanu.edu.cn/vnew/info/1005/36298.htm

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