镍硫化物/氧化物异质结构的一锅法水热合成及其在可持续水分解电催化剂中的应用

本文通过一锅法水热合成技术在镍泡沫（NF）上构建了NiS/NiO异质结构（NF-NiS/NiO），实现了高效双功能电催化水分解。该材料在碱性条件下表现出优异的析氧反应（OER）和析氢反应（HER）活性（ηOER=220 mV，ηHER=112 mV@10 mA/cm2），并具有40小时以上的稳定性。其性能源于NiS/NiO界面的协同效应，为绿色氢能生产提供了经济可扩展的解决方案。

　　

Highlight

NF-NiS/NiO异质结构的合成与表征

通过简易的一锅法水热工艺，在酸处理的镍泡沫（NF）基底上直接生长NiS/NiO异质结构。X射线衍射（XRD）图谱显示44.804°、51.09°和76.41°处的特征峰对应NF的(111)、(200)和(220)晶面，同时检测到NiS（六方相）和NiO（立方相）的共存相。X射线光电子能谱（XPS）证实了Ni²⁺/Ni³⁺氧化态和硫物种的化学键合，揭示了界面电子耦合效应。

形貌与元素分布

扫描电镜（SEM）显示该材料具有多孔纳米片网络结构，像“微型的珊瑚礁”般提供巨大的活性表面积。能量色散X射线（EDX）图谱显示Ni、S、O元素均匀分布，这种“三位一体”的空间排布有利于反应物扩散和电子传输。

电化学性能

在1.0 M KOH电解液中，NF-NiS/NiO表现出“双剑合璧”的催化特性：

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  OER过电位仅220 mV@10 mA/cm²，塔菲尔斜率130 mV/dec

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  HER过电位112 mV@10 mA/cm²，塔菲尔斜率87 mV/dec

  电化学阻抗谱（EIS）显示其电荷转移电阻（R_ct）比单一组分降低约60%，印证了异质结构的“电子高速公路”效应。

稳定性机制

40小时恒流测试后，材料保持92%的初始活性。原位拉曼光谱发现NiS表面会动态重构为NiOOH活性层，这种“自我进化”特性使其在OER过程中持续保持高活性。

Conclusion

本研究开发的“一锅烩”合成策略，成功构建了兼具高活性和稳定性的双功能电催化剂。NiS/NiO界面犹如“分子级焊接点”，通过调控d带电子占据优化了反应中间体吸附能，为设计新一代水分解催化剂提供了范式。