原创 化学与材料科学 2022-01-25 16:17

电解水能够实现风能、太阳能等可再生能源到氢能的转化，因其绿色环保的优势被视为有潜力的制氢方法。电解水阴极所发生的析氢反应（HER）是实现高转换效率的关键所在。硫化镍材料在用作HER催化剂方面受到广泛关注，且其中的Ni位点被验证是活性中心；然而，进一步提升硫化镍材料的活性是必需的，此外，是否能实现硫化镍中活性位点的调控留有挑战。
对此，武汉理工大学木士春教授、寇宗魁教授与新加坡国立大学John Wang教授合作于近日在Advanced Energy Materials（IF: 29.368）上发表了题为“Swapping Catalytic Active Sites from Cationic Ni to Anionic S in Nickel Sulfide Enables More Efficient Alkaline Hydrogen Generation”的论文。该论文通过构筑异质NiS₂-NiS与NiS₂纳米花间的分级结构，实现了从阳离子Ni到阴离子S的活性位点反转，所制备的NiS₂/NiS₂-NiS电极在碱性介质中呈现出出色的HER及OER、电解水催化活性。

本文要点

（1）水热后硫化的两步法能构筑出异质NiS₂-NiS与NiS₂纳米花间的分级结构。

（2）NiS₂/NiS₂-NiS拥有出色的动力学和丰富的活性位点，在1M KOH中仅需55 mV的过电位便能输出10 mA cm^-2的HER电流密度。

（3）密度泛函理论计算验证了从Ni位点到S位点的活性位点反转。

（4）NiS₂/NiS₂-NiS电极同样呈现出出色的OER及电解水催化活性。

作者简介

木士春教授，武汉理工大学学科首席教授，博士生导师。主要从事质子交换膜燃料电池关键材料与核心器件、电化学产氢、锂离子电池材料和碳纳米材料等研究工作。目前，作为第一作者及通讯作者已在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等国内外期刊上发表250余篇SCI学术论文，申请国家发明专利近102件，其中授权84件。

 寇宗魁教授，湖北省高层次人才（青年项目），湖北省楚天学子。主要研究方向为原子尺度电催化材料的开发及催化机理研究。近五年在材料、化学、能源及其交叉学科领域发表学术论文100余篇，其中以第一作者及通讯作者在Adv Mater、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、ACS Energy Letters、Electrochemical Energy Review、Adv Sci、ACS Catal、Nano Energy等发表SCI论文50余篇，SCI他引5000余次，h因子为43；获国家授权发明专利2项；主持并参与多项国家及省部级科研项目。受邀多本国际高影响力学术期刊独立审稿人。任《Interdisciplinary Materials》期刊学术编辑。受邀参加多个国际会议并作邀请报告。

 John Wang教授，新加坡国立大学材料科学与工程系教授，在功能材料和材料化学领域拥有30多年的教学和科研经验。John Wang教授目前的研究方向包括：多铁性薄膜及器件，二维材料化学，纳米结构材料在能源与环境中的应用；在国际顶级学术期刊上已发表超过400篇著作。John Wang教授曾担任新加坡国立大学材料科学与工程系主任7年（2012年06月-2019年7月），并且于2019年当选为亚太材料科学院院士，2020、2021年科睿唯安全球高被引学者。

论文信息
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

原文链接

https://doi.org/10.1002/aenm.202103359