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Research 中国科大俞书宏院士团队制备火柴棒状PdSx-Ni3S4异质结催化剂

化学加 · 公众号 · 化学 · 2019-11-27 18:42

正文

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导读

近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队和高敏锐教授课题组通过高温油相合成方法制备出类似于火柴棒形状的PdS _x -Ni ₃ S ₄ 异质结构电催化剂。研究成果以“Synthesis of PdS _x -Mediated Polydymite Heteronanorods and Their Long-Range Activation for Enhanced Water Electroreduction”为题发表在Research杂志上（Research, 2019, 8078549, DOI: 10.34133/2019/8078549）。

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研究背景

氢气，作为最有潜力替代传统化石燃料的能源载体，越来越多地受到了广泛的关注。析氢反应（HER）是光/电催化水裂解过程中的关键步骤，此反应需要高效、稳定的电催化剂来促进反应的进行。目前，铂基贵金属材料是最高效的HER催化剂。但是由于铂的储量有限，价格昂贵，严重地阻碍了它的商业化应用。因此，开发价格低廉的高活性高稳定性的替代电催化剂是亟需解决的问题。近年来，各国研究人员致力于开发新型的非铂HER电催化剂材料。

研究进展

近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队和高敏锐教授课题组通过高温油相合成方法制备出类似于火柴棒形状的 PdS _x - N i ₃ S ₄ 异质结构电催化剂（图1和图2）。在纳米尺度上，纳米结构电催化剂中的界面作用，对材料的电催化性能有显著影响。研究发现，通过与 PdS _x 复合得到的 PdS _x - N i ₃ S ₄ 异质结构，可以长距离调控 N i ₃ S ₄ 的电子结构，从而显著提升其HER电催化活性。这种纳米界面的长程活化效应能够活化长度约为25 nm的 N i ₃ S ₄ 纳米棒，使 PdS _x - N i ₃ S ₄ 成为一种非常有潜力的高活性高稳定性的HER催化剂。

图1 PdS x -Ni 3 S 4 异质结催化剂合成示意图

图2 PdS x -Ni 3 S 4 异质结催化剂的形貌结构表征

通过一系列的实验研究表明，在 PdS _x - N i ₃ S ₄ 界面上发生了明显的电荷转移（图3），导致了 N i ₃ S ₄ 纳米棒的电子结构得到优化，从而促进了HER电催化性能的提高。此外，通过与 PdS _x 复合得到的 PdS _x - N i ₃ S ₄ 异质结构，不但可以调控电子结构，而且可以使其功函数降低，从而可以进一步提升其HER电催化性能。