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新聞網(wǎng)訊 近日，物理科學學院新能源科學與工程專業(yè)2020級本科生陳漢陽在中科院1區(qū)TOP期刊Small（影響因子13.3）以第一作者身份發(fā)表了題為“Constructing CoO/Mo₂C Heterostructures with Interfacial Electron Redistribution Induced by Work Functions for Boosting Overall Water Splitting（構(gòu)建由功函數(shù)誘導界面電子再分布的氧化鈷/碳化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)促進整體水分解）”的研究論文（Small, 2023, 2304086）。紡織服裝學院副教授楊磊與物理科學學院教授龍云澤同為該論文的通訊作者。

為了滿足現(xiàn)代社會的能源需求，尋求可持續(xù)、清潔和高效率的能源生產(chǎn)尤為重要。電解水是一種高效的可持續(xù)氫生成途徑，被認為是未來可再生能源生產(chǎn)、儲存和使用的有效方法。電解水由兩個半反應(yīng)組成，分別是陰極析氫HER和陽極析氧OER。其中HER是兩電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，而OER是一個四電子-質(zhì)子耦合反應(yīng)，需要更高的能量（更高的過電位）。由于存在HER和OER過電位，水的實際分解電壓遠高于理論分解電壓1.23V。高效催化劑的設(shè)計和合成是提高水電解制氫能效的關(guān)鍵。目前最有效的催化劑是貴金屬銥和釕的氧化物，但其稀缺性和高成本嚴重限制了其大規(guī)模應(yīng)用。近年來，具有顯著催化活性的材料，如鈣鈦礦、尖晶石、層狀結(jié)構(gòu)類型材料、金屬硫族化物、金屬氮族化物、金屬有機化合物、非金屬電催化劑等已被大量報道。

功函數(shù)誘導內(nèi)建場驅(qū)動的異質(zhì)結(jié)構(gòu)空間電荷轉(zhuǎn)移可以調(diào)節(jié)催化劑的電子結(jié)構(gòu)以提高催化活性。該論文采取了一種新的自上而下的策略構(gòu)建外延異質(zhì)結(jié)催化劑CoO/Mo₂C，其界面電子再分配誘導的功函數(shù)用于降低HER和OER過電位，提高整體水分解。理論模擬和實驗結(jié)果表明，功函數(shù)誘導的內(nèi)建場通過在CoO/Mo₂C界面形成的“Co─C─Mo”鍵促進了電子從CoO向Mo₂C的轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)了界面電子的重新分布，進一步優(yōu)化了原始反應(yīng)步驟的吉布斯自由能，從而加速了析氫反應(yīng)HER動力學。正如預(yù)期的那樣，具有界面效應(yīng)的CoO/Mo₂C表現(xiàn)出優(yōu)異的析氫反應(yīng)HER催化活性，僅需要107 mV的過電位即可達到10 mA cm^?2，并且連續(xù)穩(wěn)定催化60小時。此外，組裝的CoO/Mo₂C表現(xiàn)出優(yōu)異的整體水分解性能（10 mA cm^?2條件下HER和OER的過電位分別為107和250 mV，水的實際分解電壓為1.58V）。這一工作為基于內(nèi)電場引起的界面效應(yīng)設(shè)計材料提供了一種新的可能性，并可應(yīng)用于其它領(lǐng)域。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202304086