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新聞網(wǎng)訊 近日，物理科學(xué)學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)2020級(jí)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(dǎo)界面電子再分布的氧化鈷/碳化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)促進(jìn)整體水分解）”的研究論文（Small, 2023, 2304086）。紡織服裝學(xué)院副教授楊磊與物理科學(xué)學(xué)院教授龍?jiān)茲赏瑸樵撜撐牡耐ㄓ嵶髡摺?/p>

為了滿足現(xiàn)代社會(huì)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(rèn)為是未來可再生能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用的有效方法。電解水由兩個(gè)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(gè)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(shí)際分解電壓遠(yuǎn)高于理論分解電壓1.23V。高效催化劑的設(shè)計(jì)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(yán)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(jī)化合物、非金屬電催化劑等已被大量報(bào)道。

功函數(shù)誘導(dǎo)內(nèi)建場驅(qū)動(dòng)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，功函數(shù)誘導(dǎo)的內(nèi)建場通過在CoO/Mo₂C界面形成的“Co─C─Mo”鍵促進(jìn)了電子從CoO向Mo₂C的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)了界面電子的重新分布，進(jìn)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(dòng)力學(xué)。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(dá)到10 mA cm^?2，并且連續(xù)穩(wěn)定催化60小時(shí)。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(shí)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(jì)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