有效利用清潔、可持續的太陽能是解決日益嚴重的能源危機的理想途徑。在眾多太陽能能量轉換策略中，光催化整體分解水(POWS)由于可以直接將太陽光轉化為氫氣而受到越來越多的關注。人們已經在開發高效、可見光響應的半導體材料方面取得了許多成果，但是在POWS光催化劑的其他重要組成部分(如助催化劑)方面的研究進展卻很有限。

迄今為止，對析氫反應(HER)最有效的助催化劑仍然是貴金屬基材料，如Rh和Pt。然而，這些金屬容易發生嚴重的H₂-O₂逆反應，并且其的稀缺性也在很大程度上限制了它們的實際應用。鎳(Ni)在促進HER反應和替代貴金屬助催化劑方面具有良好的應用前景。然而，它具有兩個缺陷: 1.Ni的抗氧化性差限制了它作為HER中心的使用；2.它的助催化效果不夠理想。因此，開發一種高效、穩定的Ni基助催化劑對于POWS的實際應用具有重要意義。

近日，天津大學劉樂全、日本國家材料研究所(NIMS)葉金花和中國科學院福建物質結構研究所陳俊翔等以氮摻雜石墨烯為載體，制備了Ni納米粒子(Ni@NC)作為POWS的穩定高效的助催化劑。實驗結果表明，最佳的Ni@NC/STO催化劑在光照下的H₂為148 μmol h^?1，并能夠穩定5小時以上；通過光沉積析氧反應(OER)助催化劑CoOOH后，Ni@NC/STO/CoOOH的產H₂速率進一步提高到239 μmol h^?1，比Pt/STO/CoOOH的產H₂速率(173 μmol h^?1)高1.4倍。

此外，Ni@NC/STO在穩定性和抗逆向反應方面具有很大的優勢，其在光照7 h內產氣速率保持良好，在黑暗條件下沒有明顯的耗氣現象。并且Ni@NC/STO的活性在三次連續循環反應后沒有顯示出明顯的活性衰減，反應前后樣品的拉曼光譜和紫外-可見光譜表征沒有顯示出明顯的變化，表明Ni@NC/STO具有高穩定性。

一系列光譜表征和理論計算表明，石墨烯層狀涂層有效阻止了反應過程中Ni的氧化，保證了催化劑的高活性；Ni@NC/STO獨特的結構有助于提高載流子分離效率，加快其表面反應速率，顯著降低反應活化能。更重要的是，N摻雜改變了石墨烯的電子結構，從而顯著增加了石墨烯表面適當吸附H*的活性位點數，進一步提升了反應活性。

綜上，該項工作深入探究了Ni@NC在降低表觀活化能和調控中間體吸附與脫附中的作用，并證明高效、低成本的Ni基助催化劑在光催化全分解水的實際應用中具有巨大的潛力。

Ni Coated with N-doped graphene layer as active and stable H₂ evolution cocatalysts for photocatalytic overall water splitting. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c03405