近日，化学工程学院余长林教授课题组在高效整体水分解电催化剂研究中取得重大突破。研究成果以“Core-Shell Quantum Wires-Supported Single-Atom Fe Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting”为题发表于Small 2024, 2409542（全文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202409542）。化学工程学院李泊林博士为第一作者，李泽胜和余长林教授为通讯作者。Small为国际纳米材料领域的顶尖杂志之一，在纳米材料领域具有权威影响力，影响因子为13.3。

在能源转换与存储领域，电催化水分解作为一种绿色、高效的制氢技术，当前受到工业界和学术界的高度关注。其中，开发新型高效的电催化剂是实现这一技术商业化的关键。单原子催化剂（SACs）因其最大化的原子利用效率和独特的活性位点，在电催化反应中展现出卓越的性能。然而，如何进一步优化SACs的电子结构和界面性质，以提高其在氢进化反应（HER）和氧进化反应（OER）中的双功能活性，仍是一个极具挑战的工作。

在这项工作中，研究人员通过结合界面工程和掺杂工程，发明了一步气相化学气相沉积（CVD）技术，制备了一种新颖的单原子铁（Fe）掺杂的碳包覆镍硫化物（Ni₃S₂）核心-壳量子线阵列（Ni₃S₂@Fe-SACs）电催化剂。该催化剂展现出了极高的电解水产氢的性能。在1 m KOH溶液中，HER和OER的过电位分别为46 mV和219 mV的优异电催化性能。此外，由Ni₃S₂@Fe-SACs组装的双电极电解槽在实现10 mA cm⁻²的碱性整体水分解时，仅需1.465 V的低电压。这种材料的设计充分考虑了材料的电子结构和界面电子转移调控，达到催化过程中的瞬态和氢/氧中间体的吸附能的最佳调控。

这一成果不仅在电催化活性上取得了突破，而且在产氢稳定性上也表现出色，为未来氢能转换应用中高活性和高稳定性电催化剂的开发提供了重要的参考。

图：展示了整体水分解性能，包括双功能催化剂测试系统的示意图、OWS极化曲线、恒定电流密度下的计时电位曲线，以及双功能电催化剂的HER和OER催化机理。

（文/图 化工学院）

撰稿：李泊林    审稿：隋亦可 李宗宝    审核：方略 贺嫁姿    签发：张海明