构建具有内建电场的NixTey/Fe3O4/NF异质结以增强电化学全水分解性能

《International Journal of Hydrogen Energy》：Constructing Ni xTe y/Fe 3O 4/NF heterostructures with built-in electric fields to enhance electrochemical overall water splitting

本文报道了通过界面工程构建NixTey/Fe3O4/NF异质结电催化剂的研究。该催化剂利用费米能级差异驱动电子转移形成内建电场（BEF），显著优化反应中间体吸附/脱附能垒，实现高效双功能氢析出反应（HER）/氧析出反应（OER）性能（过电位分别为95.0 mV和210.0 mV@10 mA cm?2），并为设计可再生能源系统催化剂提供新策略。

　　

亮点

金属硫族化物异质结中的内建电场（BEF）引起了广泛关注。本研究报道了一种界面工程策略，用于制备高效双功能Ni_xTe_y/Fe₃O₄/NF异质结电催化剂。值得注意的是，界面处电子从Fe₃O₄向Ni_xTe_y的转移由费米能级差异驱动，从而建立了可调节反应中间体吸附/脱附能量的BEF。得益于强大的BEF，Ni_xTe_y/Fe₃O₄/NF催化剂在1.0 M KOH中表现出优异的HER/OER性能，在10 mA cm^?2电流密度下的过电位分别为95.0 mV和210.0 mV。组装的电解槽在1.57 V电压下实现10 mA cm^?2的电流密度，并在100 mA cm^?2下稳定运行300小时。XPS分析表明，富电子Fe原子促进H*和H₂O的吸附，而缺电子Ni原子有利于OH^?吸附，从而协同优化催化反应路径。此外，原位拉曼光谱证实NiOOH和FeOOH是Ni_xTe_y/Fe₃O₄/NF在OER过程中真正的活性物种。本研究揭示了界面电子结构与催化性能之间的内在关联，为设计高效双功能全水分解电催化剂提供了合理的界面工程策略。

结论

总之，通过两步水热和气相沉积策略合成了具有丰富异质界面的双功能Ni_xTe_y/Fe₃O₄/NF催化剂。其卓越的电催化性能源于Fe₃O₄和Ni_xTe_y之间的界面BEF，使催化剂具有显著的活性和长期稳定性。达到10 mA cm^?2电流密度所需的HER和OER过电位分别为95.0 mV和210.0 mV。此外，电解槽...