电化学水分解是一种能够有效利用风能和太阳能制氢的技术，其主要由两个半反应组成：析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。然而，在实际商业化生产过程中，其存在阳极反应动力学缓慢、能量转换效率低和阴极反应HER稳定性差等问题。因此，开发和探索耐用高效的双功能电催化剂迫在眉睫。近日，斯威本科技大学马天翼、中国石油大学(北京)刘坚和戈磊等根据理论计算预测，通过在紫外线照射下将Ru单原子引入带有VS的NiCo2S4-x中(Ru-NiCo2S4-x)作为OER催化剂；Ru纳米团簇被引入NiCo2S4(Ru-NiCo2S4)用于HER。首先，研究人员选择NiCo2S4(111)晶面进行了密度泛函理论(DFT)计算。结果表明，将S空位(VS)和金属Ru引入NiCo2S4会改变并降低了OER过程中的决速步骤的能垒；另外，锚定的Ru可以有效降低HER反应速率，而VS的引入会改变HER反应路径，在VS不存在的情况下会促进H+向S和Ru的转移，从而形成H*并促进H2的生成。根据DFT计算结果，研究人员制备了Ru-NiCo2S4-x和Ru-NiCo2S4分别用于OER和HER。因此，在Ru单原子修饰后，NiCo2S4-x的OER交换电流密度显着提高，其在50 mA cm-2电流密度下具有190 mV的极低过电位；Ru-NiCo2S4具有优异的HER性能，其在10 mA cm-2电流密度下的过电位为32 mV，超过了大多数报道的电催化材料。此外，Ru-NiCo2S4-x//Ru-NiCo2S4在整体水分解中表现出卓越的稳定性和催化性能，具体而言，在 1.0 M KOH中仅需1.46 V的电池电压就能产生10 mA cm-2的电流密度。更重要的是，Bader电荷分析揭示了电子之间的“受限-离域-受限”现象，这促进了电子相互作用，从而提高了催化剂的电化学性能。In Situ Electronic Redistribution Tuning of NiCo2S4 Nanosheets for Enhanced Electrocatalysis. Advanced Functional Materials, 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109731
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