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堿性水電解是一種利用間歇性能源產生的剩余電力可規模化生產氫氣的先進技術，但是對于非貴金屬電催化劑來說，如何有效地將水分解成氫氣和氧氣仍然面臨挑戰，特別是對于基于二硫化鎢（WS₂）的催化劑。

基于此，湖南師范大學余芳教授（通訊作者）等人報道了一種構建在介孔雙金屬氮化物（Ni₃FeN）納米陣列上開發用于雙功能水分解的基于WS₂的混合電催化劑的多位點工程策略。

通過密度泛函理論（DFT）計算計算表明，N摻雜的WS₂顆粒和Ni₃FeN載體之間的強界面相互作用導致了最佳的氫吸附自由能和界面處水離解的較低動力學勢壘。

作者受到理論預測的啟發，通過在Ni₃FeN花狀陣列上原位錨定小的N摻雜WS₂顆粒，開發了一系列用于堿性電解質中雙功能水分解的多相電催化劑。

通過實驗研究發現，N-WS₂/Ni₃FeN雜化材料在析氫反應（HER）方面表現出色，僅需要84和210 mV的極低過電位，就分別提供10和500 mA cm^-2的電流密度，并具有優異的耐久性，超過了大多數基于WS₂的電催化劑。

同時，它還具有出色的析氧反應（OER）性能，在100和500 mA cm^-2下具有240和285 mV的小過電位，及優異的耐久性，大大超過基準IrO₂（281 mV）和許多其他報道的非貴金屬OER催化劑。

特別是，使用這種雙功能催化劑作為陽極和陰極電極，可以實現在100 mA cm^-2下僅1.65 V的堿性電池進行整體水分解，這甚至優于最先進的IrO₂(⁺)//Pt(^?)對和許多非貴金屬雙功能電催化劑。該工作為水電解用WS₂基非均相電催化劑的設計提供了一條有希望的途徑。

Boosting Alkaline Hydrogen and Oxygen Evolution Kinetic Process of Tungsten Disulfide-Based Heterostructures by Multi-Site Engineering. Small, 2021, DOI: 10.1002/smll.202104624.

https://doi.org/10.1002/smll.202104624.

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湖南師大余芳Small：利用多位點工程促進WS2基異質結構的堿性HER/OER動力學

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