揭示非晶Ni3S2/晶体Cu异质界面中的电子调控机制，以实现碱性整体水分解

《Advanced Functional Materials》：Unveiling Electronic Regulation Mechanism in Amorphous Ni3S2/Crystalline Cu Heterointerface for Alkaline Overall Water Splitting

非晶/晶态异质结构Ni3S2/Cu在碱性电解质中实现超低过电位（HER 26 mV，OER 219 mV）和高效整体水裂解（1.49 V），原位表征揭示界面耦合诱导NiOOH活性中心及Ni3+位点优化OH吸附。

　　

摘要

对电催化机制的原子级理解对于开发高效的整体水分解（OWS）的非晶/晶体异质结构至关重要。本文通过一种简单的一步法制备了非晶-晶体Ni₃S₂/Cu异质结（a-Ni₃S₂/Cu）。得益于定制的局部微环境，该催化剂在氢演化反应（HER）中表现出优异的性能，过电位仅为26 mV，在氧演化反应（OER）中过电位为219 mV，并且在碱性电解液中以1.49 V的电池电压在10 mA cm^?2的电流下实现OWS，同时具有出色的长期稳定性。先进的表征结合第一性原理计算表明，S位点上的正电荷积累成功激活了水分子，而Cu位点上d带中心的向上移动平衡了H*中间体的吸附/脱附，从而降低了HER决定步骤的能量障碍。此外，强烈的界面耦合促进了结构重构，形成了NiOOH作为OER活性中心。原位拉曼光谱与¹⁸O同位素标记实验确认，a-Ni₃S₂/Cu上的重构表面遵循吸附物演化机制。形成的Ni³⁺位点优化了*OH中间体的吸附，从而加速了OER动力学。这项工作提供了关于非晶/晶体异质结构中结构-性能关系的原子级见解，为设计下一代催化剂奠定了基础。

图形摘要

本研究设计了一种在碱性介质中具有优异整体水分解性能的非晶Ni₃S₂/晶体Cu异质结构。强烈的界面耦合调节了局部化学配位结构，降低了H₂O解离的活化能，同时优化了氢和氧中间体的吸附自由能。对活性起源的深入理解可以推动非晶/晶体异质结构在能量转换领域的应用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。