近日，化學工程學院余長林教授課題組在高效整體水分解電催化劑研究中取得重大突破。研究成果以“Core-Shell Quantum Wires-Supported Single-Atom Fe Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting”為題發表於Small 2024, 2409542（全文鏈接👨‍🦳：https://doi.org/10.1002/smll.202409542）。化學工程學院李泊林博士為第一作者，李澤勝和余長林教授為通訊作者⚆。Small為國際納米材料領域的頂尖雜誌之一，在納米材料領域具有權威影響力💇🏿‍♂️，影響因子為13.3🪜。

在能源轉換與存儲領域，電催化水分解作為一種綠色🛌🏿、高效的製氫技術👨🏽‍🏫，當前受到工業界和學術界的高度關註。其中，開發新型高效的電催化劑是實現這一技術商業化的關鍵📒。單原子催化劑（SACs）因其最大化的原子利用效率和獨特的活性位點，在電催化反應中展現出卓越的性能。然而，如何進一步優化SACs的電子結構和界面性質👱🏻，以提高其在氫進化反應（HER）和氧進化反應（OER）中的雙功能活性✊🏼，仍是一個極具挑戰的工作📁。

在這項工作中🏃🏻‍♀️‍➡️，研究人員通過結合界面工程和摻雜工程，發明了一步氣相化學氣相沉積（CVD）技術，製備了一種新穎的單原子鐵（Fe）摻雜的碳包覆鎳硫化物（Ni₃S₂）核心-殼量子線陣列（Ni₃S₂@Fe-SACs）電催化劑。該催化劑展現出了極高的電解水產氫的性能🟨🙆🏻。在1 m KOH溶液中，HER和OER的過電位分別為46 mV和219 mV的優異電催化性能。此外🧑🏻‍🔬，由Ni₃S₂@Fe-SACs組裝的雙電極電解槽在實現10 mA cm⁻²的堿性整體水分解時，僅需1.465 V的低電壓。這種材料的設計充分考慮了材料的電子結構和界面電子轉移調控，達到催化過程中的瞬態和氫/氧中間體的吸附能的最佳調控。

這一成果不僅在電催化活性上取得了突破🍪，而且在產氫穩定性上也表現出色👵🏿，為未來氫能轉換應用中高活性和高穩定性電催化劑的開發提供了重要的參考👰🏽‍♂️🙇🏽。

圖：展示了整體水分解性能🪗，包括雙功能催化劑測試系統的示意圖🚲、OWS極化曲線🧜🏻‍♂️、恒定電流密度下的計時電位曲線，以及雙功能電催化劑的HER和OER催化機理🧑🏿‍🔧。

（文/圖 化工學院）

撰稿：李泊林    審稿🧟：隋亦可 李宗寶    審核👎🏻：方略 賀嫁姿    簽發🛤：張海明