科技日報(bào)合肥6月4日電(記者吳長鋒)記者從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院了解到，該院固體物理研究所李越研究員課題組在分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)Ni3Se4@NiFe水滑石納米片的制備及其全解水研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果日前發(fā)表在《納米視界》上。該研究工作為開發(fā)低成本、高活性的雙功能電解水催化劑提供了一種有效的設(shè)計(jì)思路。

電解水規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵是如何降低陽極析氧反應(yīng)(OER)和陰極析氫反應(yīng)(HER)的過電位，實(shí)現(xiàn)在低電位下的大電流產(chǎn)氫，進(jìn)而降低電能消耗與制氫成本。研究表明Ru、Ir、Pt等貴金屬及其氧化物具有最優(yōu)異的析氫催化性能，但其價(jià)格昂貴、資源匱乏限制了這些材料的廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展廉價(jià)高效非貴金屬電解水催化劑具有十分重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

現(xiàn)有催化劑通常只對一種反應(yīng)(OER或HER)具有較高的催化活性，因此電解水反應(yīng)需要兩種不同類型催化劑。這使得電解水設(shè)備更加復(fù)雜，運(yùn)行成本增加。如果將不同功能的催化劑組裝成一種分級結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)納米材料，構(gòu)筑一種雙功能全解水催化劑，可以有效解決上述問題。

基于此，固體物理研究所的研究人員通過簡單的兩步水熱法，將具有析氫性能的Ni3Se4納米片和析氧性能的NiFe組裝成具有分級結(jié)構(gòu)的異質(zhì)全解水催化劑。由于穩(wěn)定的分級結(jié)構(gòu)以及催化劑之間的電子相互作用，這種納米催化劑具有優(yōu)異的全解水活性，全解水電流密度為10mA/cm2時(shí)，所需電壓僅為1.54V，并且在電流密度為10mA/cm2時(shí)持續(xù)工作100小時(shí)，沒有明顯的衰減，證明其穩(wěn)定性非常好。