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電催化水分解制氫是一種可持續的大規模制氫方法，它能夠有效緩解化石燃料危機和環境問題。貴金屬材料，如Pt和Ir/Ru氧化物(RuO₂或IrO₂)，被認為是HER和OER的基準催化劑。然而，貴金屬材料的稀缺性和高昂的價格限制了它們的大規模使用。

因此，需要人們設計并制備出高效且具有成本效益和持久的非貴金屬雙功能電催化劑。

近日，云南大學胡廣志、陳安然、卡迪夫大學Huang Xiaoyang和于默奧大學Thomas W?gberg等通過陽離子交換誘導表面重構策略，成功制備出具有雙異質結構(Ni₃S₂-Ni(OH)₂和晶體-非晶體)的電催化劑(NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF)。

所制備的NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF催化劑表現出優異的雙功能電催化活性，其在電流密度為10 mA cm^-2和100 mA cm^-2下的HER過電位分別為55 mV和116 mV，OER過電位分別為182 mV和208 mV。

此外，以NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF為電極所構建的雙電極堿性電解槽只需要1.48、1.58和1.74 V的超低電池電壓即可分別達到10、100和500 mA cm^-2的電流密度，并且具有超過200小時的優良耐久性。

在工業條件下，該雙電極系統僅需要1.55 V和1.62 V的超低電壓就能分別達到500 mA cm^-2和1000 mA cm^-2的工業電流密度。

實驗結果和理論計算表明，NiFe(OH)_x-Ni₃S₂/NF中的Ni位點是真正的HER活性中心，因為其具有最佳的H吸附/解吸性能；層狀異質結增加了Fe和Ni催化中心的電子離域，降低了限速步驟的能壘，促進了O₂的解吸，提升了催化劑的OER活性。

因此，晶態Ni₃S₂-Ni(OH)₂異質界面是提高材料性能的關鍵，而優異的OER活性與非晶態NiFe(OH)_x層有關。綜上，這項工作為設計和開發用于大規模清潔能量轉換應用的高性能異質結構電催化劑提供了有效的策略。

Interface Engineering on Amorphous/Crystalline Hydroxides/Sulfides Heterostructure Nanoarrays for Enhanced Solar Water Splitting. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c09880

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