西安交大科研人员在电催化全解水机理研究方面取得新进展

氢溢流（Hydrogen Spillover, HSo）作为热催化的概念近期被成功借鉴用于设计高效的贵金属负载型析氢反应（HER）电催化剂。而鉴于吸附质演化机制，对于水电解的阳极侧析氧反应（OER），去质子化过程（Deprotonation, DeP）是四电子步骤的核心。氢溢流和去质子化本质上都是质子传递过程，使得构建两者兼备的催化剂体系成为可能。并且，设计开发HER/OER双功能非贵金属电催化剂对于氢能源经济的可持续发展而言非常必要。

近日，西安交通大学材料学院戴正飞特聘研究员与南京理工大学曾海波教授针对上述问题开展合作研究，设计并构建了一种全过渡金属基MoS2/NiPS3垂直异质结构，以协同加强HER氢溢流和OER去质子化过程，实现高效的全分解水。内建极化场（Internal Polarization Field, IPF）被认为是氢溢流和去质子化的驱动力。从MoS2边缘到NiPS3的氢溢流同时激活了NiPS3基面，从而提高了异质结构的HER活性（112 mV vs. RHE，10 mA cm–2）。对于OER，异质结构中的内建极化场IPF可以促进羟基扩散并形成MoS2-to-NiPS3和NiPS3基面上P-to-S的双去质子化通道，提升性能。将异质结构用作电极对，在施加1.64V的电压时即可达到10 mA cm–2的电流密度，并稳定运行100h。同时，该催化剂具有接近理论水平的全解水法拉第效率（~99%）。本研究提出以内建极化场作为合理设计氢溢出/去质子化统一的非贵金属电解水催化剂的标准，为催化剂的双功能化提供思路。

该研究成果以《MoS2/NiPS3垂直异质结构中内建极化场协同氢溢流和去质子化促进水电解》(Synergizing Hydrogen Spillover and Deprotonation by Internal Polarization Field in MoS2/NiPS3Vertical Heterostructure for Boosted Water Electrolysis)为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一作者单位和第一通讯单位，戴正飞研究员和曾海波教授为论文共同通讯作者，博士生刘耀达为论文第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、西安交通大学青年拔尖人才支持计划等项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203615