电化学水分解被认为是通过生产清洁和可持续的氢能来应对化石能源快速枯竭和日益严重的环境污染问题的最有希望的途径之一。然而，HER和OER过程中困难的热力学和缓慢的动力学正成为水分解大规模应用的主要障碍。目前，铂和铱/钌基氧化物材料分别被认为是最有效的HER和OER催化剂。然而，地球上贵金属的低储量和高昂的价格严重限制了它们的发展，故寻找一种具有高催化效率、稳定性和低成本的水分解催化剂对于大规模制氢至关重要。基于此，安徽工业大学李永涛、河北师范大侯美伶和上海理工大学郝伟举等通过一锅水热反应将新型三元镍(Ni)铋(Bi)硫(S)纳米片阵列生长在泡沫镍上(Ni3Bi2S2@NF)。该催化剂在注入光后的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的电流密度达100 mA cm-2时分别仅需127 mV和316 mV的过电位，均表现出显著的催化活性；且效率比未注入光分别提高了44%和35%，该增强的效果与在加热到80°C的工作介质中电解相当。此外，使用Ni3Bi2S2@NF作为双功能电极的整体水分解系统在LPTE下仅需1.40 V的超低电压即可达到10 mA cm-2的电流密度，且在500-1000 mA cm-2的大电流下可以稳定工作超过36小时。
DFT计算表明Ni3Bi2S2对含氢和含氧中间体具有优异的吸附自由能；且由于Bi的固有光热效应、纳米阵列形态、Ni3Bi2S2的稳定性以及与分级配置的协同效应，制备的Ni3Bi2S2@NF才表现出优异的水分解性能。此外，该催化剂在碱性模拟海水(0.5 M NaCl + 1.0 M KOH)和高盐溶液系统(3.0 M NaCl + 1.0 M KOH)中表现出显著的光热效应。在这项工作中，对新型电催化剂、外部光辐照场和更现实条件下电催化的探索非常有望激发高性能电催化剂的合理设计。Local Photothermal Effect Enabling Ni3Bi2S2 Nanoarray Efficient Water Electrolysis at Large Current Density. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202106868
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