解析Fe掺杂NiPS3中混合价态调制下的电子结构及其协同效应，以提升碱性氢气的生成效率

《ACS Applied Energy Materials》：Unraveling the Electronic Structure and Synergistic Effects in Mixed-Valence Modulation in Fe-Doped NiPS3 for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution

二维过渡金属硫磷酸盐纳米片在碱性电解质中作为析氢反应（HER）催化剂，Fe掺杂可优化电子结构。通过固态反应和剥离法制备FeNi1-xPS3（x=0,0.25,0.5,0.75,1），Fe/Ni协同效应使掺杂量为25%时表现出最佳性能：过电位-177 mV（10 mA/cm2），塔菲尔斜率111 mV/dec，电荷转移电阻18.88 Ω，优于纯NiPS3和FePS3。XPS和DFT表明混合价态（Fe2+/Fe3+, Ni2+/Ni3+）诱导半导体向半金属转变，降低电荷转移能垒和氢吸附自由能。电化学阻抗和循环伏安测试证实活性表面积提升至2.47 mF/cm2，为非贵金属可持续制氢提供新策略。

　　

二维（2D）过渡金属硫磷酸盐由于其高表面积和可调的电子性质而成为有前景的电催化剂。本研究探讨了Fe掺杂对NiPS₃在碱性介质（1.0 M KOH）中催化氢 evolution 反应（HER）性能的影响。通过固态反应和剥离法制备了一系列Fe_xNi_1–xPS₃（x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1）纳米片。Fe₀.₂₅Ni₀.₇₅PS₃表现出最佳的HER活性，在10 mA/cm²电流下过电位为?177 mV，塔菲尔斜率为111 mV/dec，电荷转移电阻（R_ct）为18.88 Ω，优于NiPS₃（?383 mV, 100.68 Ω）和FePS₃（?335 mV, 90.47 Ω）。X射线光电子能谱显示价带边缘从NiPS₃的+0.918 eV移动到Fe₀.₂₅Ni₀.₇₅PS₃的?0.272 eV，表明由于混合价态（Fe²⁺/Fe³⁺, Ni²⁺/Ni³⁺）的存在，金属性得到了增强。密度泛函理论证实Fe₀.₂₅Ni₀.₇₅PS₃发生了从半导体到半金属的转变，优化了电荷转移和氢吸附自由能（ΔG_H*）。电化学阻抗谱和循环伏安法显示电荷转移电阻（R_ct）降低，电化学活性表面积（C_dl = 2.47 mF/cm²）增加，这归因于Fe与Ni之间的协同作用。本研究阐明了混合价态工程在调节电子结构中的作用，为设计高效、非贵金属基电催化剂以在碱性环境中实现可持续氢生产提供了坚实的基础。