物理學(xué)院許并社教授團(tuán)隊(duì)在《ACS Nano》上發(fā)表最新研究成果

近日，我校物理與信息科學(xué)學(xué)院許并社教授團(tuán)隊(duì)在電催化制氫領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Copious dislocations defect in amorphous/crystalline/amorphous sandwiched structure P-NiMoO₄ electrocatalyst towards enhanced hydrogen evolution reaction”為題，發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊ACS Nano（影響因子17.1）上。我校博士研究生張凱為第一作者，蘇慶梅教授、王智勇教授和杜高輝教授為共同通訊作者，陜西科技大學(xué)為唯一通訊作者單位。

電催化水分解反應(yīng)制取氫氣是一種高效、安全、綠色，備受關(guān)注的制氫技術(shù)，其中，堿性電解水制氫技術(shù)（HER）商業(yè)化模式成熟，是實(shí)現(xiàn)可再生能源規(guī)模化制氫的重要手段。然而，該技術(shù)目前存制氫效率低和成本較高的問題。因此，設(shè)計(jì)和構(gòu)筑具有優(yōu)異催化性能和低成本的高效HER電催化劑以降低反應(yīng)能壘，增強(qiáng)HER反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是目前面臨的主要挑戰(zhàn)。最近的研究策略主要集中在提高電催化劑的本征活性，如構(gòu)筑異質(zhì)界面和調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)等。非晶材料內(nèi)部原子的排列不是周期性的，只是局部短程有序，其固有的無(wú)序性會(huì)產(chǎn)生大量的“懸掛鍵”和缺陷，可以合理地打破晶體結(jié)構(gòu)的周期性，從而提供更多的活性位點(diǎn)，改變?nèi)毕葜車碾娮臃植?，提高催化活性。而且，由于非晶材料?dú)特的結(jié)構(gòu)，其在堿性和酸性條件中都具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，對(duì)提高催化劑的穩(wěn)定性非常有利。更重要的是非晶結(jié)構(gòu)存在大量可以靈活變化的局部結(jié)構(gòu)，可以加速活性位點(diǎn)和中間體之間的電荷轉(zhuǎn)移。

該工作通過磷化策略，誘導(dǎo)金屬氧化物部分非晶化，獲得非晶-晶體界面，并引入大量位錯(cuò)缺陷。通過大量的HAADF-STEM精細(xì)結(jié)構(gòu)表征可以觀察到催化劑內(nèi)部具有大量的裂紋。位錯(cuò)缺陷的產(chǎn)生與界面(如:孿晶界、晶/非晶界面、晶/晶界面)或晶相裂紋密切相關(guān)。由于應(yīng)力和熱應(yīng)力的相互作用，這些區(qū)域經(jīng)常發(fā)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力或熱應(yīng)力值達(dá)到位錯(cuò)的臨界剪應(yīng)力時(shí)，位錯(cuò)開始激活滑移，導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生。該位錯(cuò)缺陷在HER反應(yīng)中具有重要的作用，協(xié)同非晶-晶體界面和調(diào)控了金屬氧化物電催化劑的電子結(jié)構(gòu)、提供了更多的活性位點(diǎn)，從而賦予了電催化劑在堿性水和海水中均具有較好的催化活性，主要表現(xiàn)為：在堿性水溶液和海水溶液中達(dá)到10 mA /cm²的過電勢(shì)分別為45和75mV，此外，此催化劑在100h的循環(huán)測(cè)試中具有較好的穩(wěn)定性。此工作利用簡(jiǎn)便的磷化策略可以在催化劑中引入非晶-晶體界面和位錯(cuò)缺陷，為生產(chǎn)低成本、高效的HER催化劑提供了有效手段。

全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c12049

（核稿：張鵬偉 編輯：劉倩）