李光琴教授课题组:NiTe纳米阵列的界面电子结构调控助力电催化氧析出

稿件来源:院办 发布人:李心宇 编辑:院办 发布日期:2019-04-19

        发展有效的能源转化系统是实现未来可再生能源可持续利用的关键。氧析出反应是众多能源转化系统例如人工光合作用、金属空气电池等系统的关键半反应,然而氧析出反应的缓慢的动力学严重影响了系统的整体效率。尽管目前包括各种钌和铱贵金属催化剂已经报道作为有效的氧析出电催化剂来提高反应的效率,但目前的催化剂仍难以满足实际应用的需求。发展有效的策略来调控电催化剂的性能,从而制备出经济、高效、廉价的氧析出电催化剂一直都是研究的难点。

 

        近日,李光琴课题组通过构建有效的纳米界面来调控催化剂的电子结构,设计制备出高效廉价的氧析出反应异质结电催化剂,并结合实验结果和理论计算对界面调控催化性质的机制进行了研究。他们首先以泡沫镍为基底,通过直接化学刻蚀的方法制备出泡沫镍负载的“十字柱”型的NiTe纳米阵列。进一步通过离子交换反应在NiTe表面修饰NiS纳米颗粒来调控NiTe的电子结构, 制备出NiTe/NiS 异质结催化剂。NiTe/NiS异质结催化剂中NiS和NiTe之间强的电子相互作用能够触发电子从“Ni”向“S”转移,从而有效调控催化中心“Ni”的电子结构,使得Ni的”d带中心”左移,从而优化Ni对活性中间体的吸附,降低了OER反应所需的能量,大大提高催化活性,仅需要257mV 的过电位就可实现100mA cm-2的电流密度。这项工作为理解电催化剂的结构-活性关系和开发高效的电催化剂提供了新的思路。

图1

图1 “十字柱”型的NiTe/NiS异质结纳米阵列电催化氧析出

 

        相关研究工作 以“Interfacial Electronic Structure Modulation of NiTe Nanoarrays with NiS Nanodots Facilitates Electrocatalytic Oxygen Evolution”为题发表在国际知名学术期刊Advanced Materials上(Ziqian Xue,Xia Li,Qinglin Liu,Mengke Cai,Kang Liu,Min Liu,Zhuofeng Ke,Xialin Liu,Guangqin Li*,Advanced Materials, 2019, 1900430)。文章第一作者为博士生薛自前。该工作得到了国家重点研发项目,台湾光源,广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队项目的大力支持。

 

        链接:https://doi.org/10.1002/adma.201900430