镍-噻吩二羧酸框架@Ni3 S2 微棒阵列的形貌与电子结构调控及其高效水氧化性能研究

为解决金属有机框架(MOFs)导电性差、活性位点受限等问题，研究人员通过两步溶剂热法制备了Ni-TDC@Ni3 S2 复合电催化剂。该材料在10 mA cm?2 电流密度下仅需220 mV过电位，Tafel斜率为50.76 mV dec?1 ，组装的电解槽在1.50 V电压下稳定运行70小时，为MOF基催化剂电子传导性能提升提供了新思路。

　　

随着化石能源枯竭与环境恶化，氢能作为零碳排的清洁能源备受关注。水电解制氢的核心瓶颈在于氧析出反应(OER)的四电子转移过程动力学缓慢，而贵金属催化剂成本高昂。金属有机框架(MOFs)虽具有高比表面积和可调控活性位点，但本征导电性差制约其应用。山西科技创新人才团队通过创新性设计，将导电性优异的Ni₃
S₂
与含硫配体的镍-噻吩二羧酸框架(Ni-TDC)复合，成功制备出高性能OER电催化剂，相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。

研究采用两步溶剂热法关键技术：先在泡沫镍(NF)基底上水热生长Ni₃
S₂
纳米片，再通过溶剂热法原位生长Ni-TDC微棒；通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料晶体结构与电子态；采用三电极体系测试电化学性能，并组装全水解装置评估稳定性。

形貌与结构表征
XRD证实Ni-TDC通过噻吩环上硫原子与镍节点配位形成层状结构，Ni₃
S₂
的引入使Ni-TDC微棒直径从5μm减小至1-2μm，暴露出更多活性位点。XPS显示Ni²⁺
/Ni³⁺
比例升高，表明Ni₃
S₂
调控了局部电子结构。

电化学性能
Ni-TDC@Ni₃
S₂
在1 M KOH中表现出220 mV@10 mA cm^?2
的过电位，低于纯Ni-TDC(290 mV)和商业RuO₂
(300 mV)。原位拉曼光谱揭示反应中材料转变为无定形NiOOH，残留硫元素优化Ni-O键长，增强本征活性。

全水解应用
以Ni-TDC@Ni₃
S₂
为阳极、RuNi-TDC为阴极的电解槽仅需1.50 V@10 mA cm^?2
，70小时稳定性测试后活性未衰减，性能优于多数报道的MOF基催化剂。

该研究通过硫化物与MOF的协同效应，同时解决了导电性、活性位点暴露和结构稳定性三大难题。Ni₃
S₂
不仅作为导电桥梁，其硫原子更参与电子重排形成高活性Ni³⁺
物种，为设计非贵金属电催化剂提供了"形貌-电子结构"双调控的新范式。这项工作将推动MOF材料在工业级水电解装置中的应用进程。