戴正飞等在电催化全解水机理研究方面取得新进展

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氢溢流（Hydrogen Spillover, HSo）作为热催化的概念近期被成功借鉴用于设计高效的贵金属负载型析氢反应（HER）电催化剂。而鉴于吸附质演化机制，对于水电解的阳极侧析氧反应（OER），去质子化过程（Deprotonation, DeP）是四电子步骤的核心。氢溢流和去质子化本质上都是质子传递过程，使得构建两者兼备的催化剂体系成为可能。并且，设计开发HER/OER双功能非贵金属电催化剂对于氢能源经济的可持续发展而言非常必要。

        近日，西安交通大学材料学院戴正飞特聘研究员与南京理工大学曾海波教授针对上述问题开展合作研究，设计并构建了一种全过渡金属基MoS2/NiPS3垂直异质结构，以协同加强HER氢溢流和OER去质子化过程，实现高效的全分解水。内建极化场（Internal Polarization Field, IPF）被认为是氢溢流和去质子化的驱动力。从MoS2边缘到NiPS3的氢溢流同时激活了NiPS3基面，从而提高了异质结构的HER活性（112 mV vs. RHE，10 mA cm–2）。对于OER，异质结构中的内建极化场IPF可以促进羟基扩散并形成MoS2-to-NiPS3和NiPS3基面上P-to-S的双去质子化通道，提升性能。将异质结构用作电极对，在施加1.64V的电压时即可达到10 mA cm–2的电流密度，并稳定运行100h。同时，该催化剂具有接近理论水平的全解水法拉第效率（~99%）。本研究提出以内建极化场作为合理设计氢溢出/去质子化统一的非贵金属电解水催化剂的标准，为催化剂的双功能化提供思路。
        该研究成果以《MoS2/NiPS3垂直异质结构中内建极化场协同氢溢流和去质子化促进水电解》(Synergizing Hydrogen Spillover and Deprotonation by Internal Polarization Field in MoS2/NiPS3Vertical Heterostructure for Boosted Water Electrolysis)为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一作者单位和第一通讯单位，戴正飞研究员和曾海波教授为论文共同通讯作者，博士生刘耀达为论文第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、西安交通大学青年拔尖人才支持计划等项目的资助。
           论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203615


          文章来源：西安交通大学
        戴正飞，博士，西安交通大学材料学院研究员、博导，入选西安交通大学青年拔尖人才支持计划、陕西省高层次引进人才项目（2018）、日本学术振兴会JSPS海外学者。2008年、2013年先后本科、博士毕业于中南大学粉末冶金研究院、中国科学院大学固体物理研究所。2014/03-2017/12期间，前往韩国高丽大学、日本京都大学、新加坡南洋理工大学从事博士后研究，曾获日本学术振兴会“JSPS海外特别研究员”项目资助等。2017年12月，加入西安交通大学材料学院，目前主要从事纳米材料的可控制备和表界面特性调控，及其在环境气体传感、新能源等领域的应用基础研究。近五年来，主持国家自然科学基金、日本文部省基金、省/部/校/企基金10余项，作为主要作者已在Cell Matter、ACS Nano、Applied Catalysis B: Environmental、Small、J. Mater. Chem. A、Chem. Eng. J.、ACS Appl. Mater. Interfaces等杂志发表学术论文70多篇，ESI高被引论文6篇、封面论文6篇，所发表论文SCI被引2700余次，H因子为29，授权专利10项，并受邀为国际SCI期刊《Frontiers in Materials》的副编辑与《Current Nanosciences》《Coatings》编委，研究成果多次被 “NSFC基金委”、“参考消息”、“Materials Views China”、“中国科学报” 等媒体宣传报道。
         曾海波教授，国家杰出青年基金获得者，国家级领军人才，英国皇家化学会会士，美国光学会会士，新型显示材料与器件工信部重点实验室创始人，南京理工大学材料学院院长。长期从事低维半导体与光电器件研究，主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金重点项目、国防科技创新特区项目，发表Nature Photonics、Nature Electronics、Nature Reviews Materials、Nature Communications、Advanced Materials等期刊论文300余篇，SCI引用4万余次，单篇引用超过1000次6篇，最高超过2000次，H因子105，获Nature、Nature Materials Review、Nature Nanotechnology等专题评论20次。2017年以来连续入选科瑞维安全球高被引科学家、爱思维尔全球2%顶尖科学家，获中国照明学会LED首创奖金奖、安徽省科技奖一等奖、江苏省高校科技奖一等奖、江苏省教学成果奖一等奖。