Small: 硫化镍基核壳结构纳米催化剂用于高效海水电解

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在较高电流密度下电催化海水分解产生氢气被认为是有效减少传统矿物燃料消耗的一种有前景的策略。因此，迫切需要开发活性强的催化剂来克服严重的氯化物腐蚀、竞争性的氯析出和催化剂中毒。基于此，南开大学袁忠勇课题组制备了直接生长在泡沫镍上的非晶NiFe氢氧化物层封端的Ni3S2纳米金字塔核壳异质结构(NiS@LDH/NF)，以协同调节电子结构和质量输运，提高大电流密度下的析氧反应(OER)性能。
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与直接物理混合不同，FeNi LDH壳层和高导电Ni3S2芯层的紧密结合将产生更大的表面积、更高的电导率和优化的电子结构等显著的协同效应。结果表明，带正电荷的Ni3S2核极大地改变了FeNi LDH壳层的电子分布，从而调整了FeNi LDH对OER的反应性能；同时，微米级的阵列结构和超疏水/超亲水电极表面使得NiS@LDH/NF在较大的电流密度下具有较强的机械强度和较强的传质能力；Ni3S2-FeNi LDH界面的表面重构防止了严重的氯化物腐蚀，提高了化学稳定性，从而使海水氧化得以持续进行。
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因此，NiS@LDH/NF仅需要279、311和341 mV的过电位就可以在1M KOH海水中产生100、500和1000 mA cm−2的电流密度；该电极还能够在较大电流密度下维持连续水氧化，在海水电解液中100小时工作以上不形成次氯酸盐。
更重要的是，经过可控磷化过程后，由NiS@LDH/NF衍生的核壳Ni3S2-FeNi2P异质结(NiS@FeNiP/NF)也表现出优异的HER活性，仅需要52、237和327 mV的过电位就能在1.0 M KOH海水电解质中达到10、500和1000 mA cm−2的电流密度。最后，组装的NiS@FeNiP/NF (−)||NiS@FeNi LDH (+)只需要1.636和1.958 V的电压就能分别提供100和500 mA cm−2的电流密度。
这项工作不仅设计和研究了有效抗氯腐蚀的海水电解电催化剂，而且为优化电极结构和组成以制备更高效的海水电解电催化剂提供了指导。
Rational  Synthesis of Core-Shell-Structured Nickel Sulfide-Based Nanostructures  for Efficient Seawater Electrolysis. Small, 2023. DOI:  10.1002/smll.202300194


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