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電催化分解水的催化劑主要由貴金屬及其氧化物組成，其稀缺性與高成本極大地限制了電催化產(chǎn)氫的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。開發(fā)新型的高效非貴金屬催化劑，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電催化分解水制氫的關(guān)鍵。近年來(lái)，硫族化合物由于其催化活性高、穩(wěn)定性好、成本低等特點(diǎn)在電催化水分解領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

近日，青島科技大學(xué)劉健教授團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的聞利平研究員、江雷院士合作通過(guò)組分調(diào)節(jié)、納米結(jié)構(gòu)控制和三相界面設(shè)計(jì)，利用簡(jiǎn)便的硫族凝膠復(fù)分解反應(yīng)原位構(gòu)筑了一種負(fù)載型的超親水/超疏氣CoMoS_x硫族凝膠雙功能電催化劑，實(shí)現(xiàn)了大電流密度下高效穩(wěn)定的全分解水。

研究人員利用復(fù)分解反應(yīng)在泡沫鎳表面原位簡(jiǎn)易負(fù)載了硫族凝膠電催化劑CoMoS_x/NF。該催化劑呈現(xiàn)一種褶皺狀的多級(jí)微納尺度的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其超親水和超疏氣的性質(zhì)一方面能顯著促進(jìn)電解質(zhì)在催化劑表面的浸潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)催化界面對(duì)反應(yīng)物水分子的高效活化；另一方面可以加快原位產(chǎn)生氣泡的脫附，從而加速堿性條件下的HER/OER速控步驟。特別是在大電流密度下，水相電解質(zhì)的有效浸潤(rùn)和原位生成氣泡的快速脫除，可加速傳質(zhì)，促進(jìn)電催化分解水的進(jìn)行。值得注意的是，超親水/超親氣CoMoS_x/NF由于具有優(yōu)異的界面性質(zhì)和本征特性，能夠保證其在高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行。CoMoS_x/NF作為雙功能電催化劑用于全解水，在電流密度500 mA/cm²時(shí)，能夠至少穩(wěn)定運(yùn)行100小時(shí)，優(yōu)于目前已報(bào)道的絕大多數(shù)材料。該研究展現(xiàn)了硫族凝膠在構(gòu)建高性能電解水催化劑方面的巨大潛力，也可為其他電化學(xué)催化領(lǐng)域的關(guān)鍵催化材料與功能界面的設(shè)計(jì)構(gòu)筑提供新的思路。

相關(guān)工作以研究全文的形式發(fā)表在德國(guó)應(yīng)用化學(xué)上（Angew. Chem. Int. Ed.,2020,59,1659-1665）。青島科技大學(xué)為第一通訊單位，第一作者是青島科技大學(xué)的碩士生單馨瑤。文章的通訊作者為劉健教授和聞利平研究員。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201911617

本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)青年科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)杰出青年基金、山東省自然科學(xué)重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和“National Thousand Talents Program”等的資助。