电解水制氢被认为是一种生产清洁和持续能源有前景的技术，而阳极析氧反应（OER）动力学缓慢，是困扰电解水制氢领域的难题。因此，开发高效稳定的OER电催化剂是当下研究热点之一。从工业化应用角度出发，开发低成本、高活性、大电流密度稳定的OER催化剂势在必行，但是目前仍然面临巨大挑战。

近日，中国科学院化学研究所胡劲松研究员（点击查看介绍）课题组基于大电流密度电解水催化剂的设计要求，以廉价泡沫铁刚性骨架为基底，通过自源预生长直立的FeS微米片阵列，进而在FeS微米片上自源生长直立的NiFe(OH)_x纳米片阵列，形成具有直立的纳米/微米片复合多级结构阵列的新型析氧电极（NiFe(OH)_x/FeS/IF）。这种自源生长以及微米级别三维骨架满足了大电流密度电解水对催化剂结构稳定性的要求；在FeS微米片阵列上构筑高活性NiFe(OH)_x纳米片阵列，不仅使催化剂具有丰富的催化活性位点，而且S元素的原位引入可以进一步提升NiFe(OH)_x的析氧活性，因此使催化剂表现出优异的析氧性能；导电性良好的FeS微米片阵列提供了良好的电子传输通道；此外，这种直立的微纳复合多级结构使电极具有超亲水和疏气的表面，进而可以实现在高电流密度下大量生成气体的迅即释放。受益于这些设计的结构特点，所述电极表现出优异的电催化大电流析氧活性，在50和1000 mA cm^-2时，过电位仅需245和332 mV。全水分解装置演示了电极在300 mA cm^-2大电流密度下可持续稳定运行70小时以上，表明其具有良好的应用潜力。将该装置与太阳能电池组成太阳光驱动的水分解产氢系统，实现了18.6%的太阳光产氢效率。这些结果与发现为可实际应用的电解水催化剂的设计提供了新的思路。

图1. NiFe(OH)_x/FeS/IF催化剂合成示意图和表征

图2. NiFe(OH)_x/FeS/IF催化剂电解水析氧性能与结构稳定性表征

图3. 电解水及太阳光驱动制氢性能

相关成果发表在Adv. Funct. Mater.上，中国科学院化学研究所胡劲松研究员为本文的通讯作者，化学所博士生牛帅和博士后江文杰为本文的共同第一作者。

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Autogenous Growth of Hierarchical NiFe(OH)_x/FeS Nanosheet-On-Microsheet Arrays for Synergistically Enhanced High-Output Water Oxidation

Shuai Niu, Wen-Jie Jiang, Tang Tang, Lu-Pan Yuan, Hao Luo, Jin-Song Hu

Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1902180, DOI: 10.1002/adfm.201902180

导师介绍

胡劲松

https://www.x-mol.com/university/faculty/15509