李光琴教授課題組：NiTe納米陣列的界面電子結構調控助力電催化氧析出
發展有效的能源轉化系統是實現未來可再生能源可持續利用的關鍵。氧析出反應是衆多能源轉化系統例如人工光合作用、金屬空氣電池等系統的關鍵半反應，然而氧析出反應的緩慢的動力學嚴重影響了系統的整體效率。盡管目前包括各種钌和銥貴金屬催化劑已經報道作為有效的氧析出電催化劑來提高反應的效率，但目前的催化劑仍難以滿足實際應用的需求。發展有效的策略來調控電催化劑的性能，從而制備出經濟、高效、廉價的氧析出電催化劑一直都是研究的難點。
近日，李光琴課題組通過構建有效的納米界面來調控催化劑的電子結構，設計制備出高效廉價的氧析出反應異質結電催化劑，并結合實驗結果和理論計算對界面調控催化性質的機制進行了研究。他們首先以泡沫鎳為基底，通過直接化學刻蝕的方法制備出泡沫鎳負載的“十字柱”型的NiTe納米陣列。進一步通過離子交換反應在NiTe表面修飾NiS納米顆粒來調控NiTe的電子結構, 制備出NiTe/NiS 異質結催化劑。NiTe/NiS異質結催化劑中NiS和NiTe之間強的電子相互作用能夠觸發電子從“Ni”向“S”轉移，從而有效調控催化中心“Ni”的電子結構，使得Ni的”d帶中心”左移，從而優化Ni對活性中間體的吸附，降低了OER反應所需的能量，大大提高催化活性，僅需要257mV 的過電位就可實現100mA cm-2的電流密度。這項工作為理解電催化劑的結構-活性關系和開發高效的電催化劑提供了新的思路。
圖1 “十字柱”型的NiTe/NiS異質結納米陣列電催化氧析出
相關研究工作 以“Interfacial Electronic Structure Modulation of NiTe Nanoarrays with NiS Nanodots Facilitates Electrocatalytic Oxygen Evolution”為題發表在國際知名學術期刊Advanced Materials上（Ziqian Xue，Xia Li，Qinglin Liu，Mengke Cai，Kang Liu，Min Liu，Zhuofeng Ke，Xialin Liu，Guangqin Li*，Advanced Materials, 2019, 1900430）。文章第一作者為博士生薛自前。該工作得到了國家重點研發項目，台灣光源，廣東省“珠江人才計劃”引進創新創業團隊項目的大力支持。
