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李燦Small: 工作電流達1000 mA cm-2！肖特基結促進NiFe(OH)x/Ni3S2電化學OER性能

堿性水電解是用于大規模制氫的最成熟的商業化技術，因為其成本低且壽命長。其中，NiFe基羥基氧化物，具有用于鍵合OER中間體的獨特3d電子結構，已成為堿性介質中最有前途的OER催化劑之一。然而，NiFe基(羥基)氧化物由于其在工業條件下的性能和穩定性不佳，尚未用于實際的水電解。

近日，中科院大連化學物理研究所李燦團隊通過界面工程，構建了具有NiFe(OH)_x/Ni₃S₂肖特基結的3D獨立式NiFe基羥基氧化物電極，以實現在工業條件下水氧化。

研究人員首先通過硫化反應在商用Ni網上制備Ni₃S₂層，然后在Ni₃S₂上進行NiFe基羥基氧化物(NiFe(OH)_x)電催化劑的原位化學組裝。

形成的分層NiFe(OH)_x/Ni₃S₂肖特基結能夠顯著改變催化劑的納米結構特征，產生有利的帶正電的NiFe(OH)_x以及改善的陽極電荷轉移。此外，這種化學組裝增強了Ni載體與Ni₃S₂夾層和NiFe(OH)_x頂層之間的結合強度。

因此，在1M KOH中，NiFe(OH)_x/Ni₃S₂/Ni催化劑在500 mA cm^-2和1000 mA cm^-2電流密度下的過電位分別僅為248 mV和270 mV，并具有長期穩定性。

另外，在NiFe(OH)_x/Ni₃S₂/Ni與NiMo陰極組裝的雙電極系統中，僅需低至1.61 V的電池電壓就可獲得1000 mA cm^-2的電流密度，在工業條件下具有極高的穩定性，性能優于迄今為止報道的實際堿性水電解催化劑。

更重要的是，NiFe(OH)_x/Ni₃S₂/Ni陽極在試驗性水堿電解槽的惡劣條件下工作良好，這使得該電極成為大規模和可持續制氫的可行候選者。

Boosting Electrochemical Water Oxidation on NiFe(oxy) Hydroxides by Constructing Schottky Junction toward Water Electrolysis under Industrial Conditions. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202105544

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