在石油、天然氣等不可再生能源日益短缺的今日，發(fā)展高效、穩(wěn)定、清潔、廉價的新型產能方式備受矚目。電催化水分解由于綠色環(huán)保、產品純度高以及制得氣體(H2/O2)的高效率被認為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g之一。但是，電催化水分解具有較高的理論電壓1.23 V，目前的手段都是利用工業(yè)生產的電來電解水，本質上還是在消耗有限的不可再生資源。因此，該技術的核心問題是如何大幅降低其分解電壓，尋找新型的可替代電源供應。其中，開發(fā)廉價、易制備的高效多功能電催化材料，并設計自驅動裝置是人們一直研究的熱點。最近，蘭州大學席聘賢教授課題組與北京大學郭少軍教授課題組通過氧空位主導的方法成功的合成了NiS2/CoS2-O多孔界面納米線催化材料。得益于表面的氧空位和本身的界面，以及多孔納米線陣列等結構特征，使得該材料具有優(yōu)良的電催化性能。在堿性（1 M KOH）條件下，具有優(yōu)良的OER催化活性和穩(wěn)定性；同時，DFT計算進一步證明表面氧空位對原有硫化物電催化性能的提升。此外，便攜式鋅空電池驅動的水分解裝置，具有很好的性能和穩(wěn)定性，同時H2/O2的生產效率均接近100 %。該文章發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Materials上（影響因子：19.791）。
得益于表面的氧空位和本身的界面，以及多孔納米線陣列等結構特征，使得NiS2/CoS2-O納米線具有優(yōu)良的電催化性能。在堿性（1 M KOH）條件下，OER電流達到10 mA/cm^2電流密度僅需235 mV過電位，同時可以在該電流密度下保持穩(wěn)定催化70 h；同時，DFT計算進一步證明表面氧空位對原有硫化物電催化性能的提升（圖2）。此外，表面氧空位主導的NiS2/CoS2多孔界面納米線還具有優(yōu)良的HER和ORR性能。
圖1.（a）NiS2/CoS2和NiS2/CoS2-O多孔界面納米線的XRD圖像，（b, c）NiS2/CoS2和NiS2/CoS2-O多孔界面納米線的SEM圖像，（d-f）NiS2/CoS2多孔界面納米線的TEM，HR-TEM圖像和相應的mapping圖，（g-i）NiS2/CoS2-O多孔界面納米線的TEM，HR-TEM圖像和相應的mapping圖。
圖2. NiS2/CoS2-O多孔界面納米線催化劑的堿性OER催化性能;（a）LSV，（b）Tafel曲線，（c）DFT計算模型，（d）計算結果對比了不同催化劑表面發(fā)生OER反應時所需的能量。
便攜式鋅空電池的設計組裝進一步實現(xiàn)了該材料在能源轉換方面的應用，該鋅空電池具有1.49 V的開路電壓和穩(wěn)定的充放電性能。以兩節(jié)串聯(lián)的鋅空電池為電力驅動，以表面氧空位主導的NiS2/CoS2多孔界面納米線陣列為陰陽極，設計組裝的自驅動水分解裝置，具有很好的性能和穩(wěn)定性，同時H2/O2的生產效率均接近100 %。
圖3. NiS2/CoS2-O多孔界面納米線催化劑組裝的鋅空電池，以及自驅動水分解裝置; （a）便攜式鋅空電池的組裝，（b）便攜式鋅空電池開路電壓的測試，（c）自驅動水分解裝置和穩(wěn)定性測試，（d）自驅動水分解效率的計算。
材料制備過程表述：
首先，利用水熱反應制備得到NiCo2O4納米線陣列；然后，通過缺陷控制將NiCo2O4納米線陣列與硫粉在300度反應獲得NiS2和CoS2界面納米線陣列；最后，巧妙的利用硫化物在OER過程中的表面氧化，在1.6 V（vs. RHE）電壓下測試6 h獲得表面氧空位主導的NiS2/CoS2多孔界面納米線陣列（圖1）。
化學慧納米材料系列產品
