近日，我校物理與信息科學學院許并社教授團隊在電催化制氫領域取得重要進展，相關成果以“Copious dislocations defect in amorphous/crystalline/amorphous sandwiched structure P-NiMoO4 electrocatalyst towards enhanced hydrogen evolution reaction”為題，發表在國際頂級期刊ACS Nano（影響因子17.1）上。我校博士研究生張凱為第一作者，蘇慶梅教授、王智勇教授和杜高輝教授為共同通訊作者，陜西科技大學為唯一通訊作者單位。
電催化水分解反應制取氫氣是一種高效、安全、綠色，備受關注的制氫技術，其中，堿性電解水制氫技術（HER）商業化模式成熟，是實現可再生能源規模化制氫的重要手段。然而，該技術目前存制氫效率低和成本較高的問題。因此，設計和構筑具有優異催化性能和低成本的高效HER電催化劑以降低反應能壘，增強HER反應動力學是目前面臨的主要挑戰。最近的研究策略主要集中在提高電催化劑的本征活性，如構筑異質界面和調節電子結構等。非晶材料內部原子的排列不是周期性的，只是局部短程有序，其固有的無序性會產生大量的“懸掛鍵”和缺陷，可以合理地打破晶體結構的周期性，從而提供更多的活性位點，改變缺陷周圍的電子分布，提高催化活性。而且，由于非晶材料獨特的結構，其在堿性和酸性條件中都具有較強的耐腐蝕性，對提高催化劑的穩定性非常有利。更重要的是非晶結構存在大量可以靈活變化的局部結構，可以加速活性位點和中間體之間的電荷轉移。
該工作通過磷化策略，誘導金屬氧化物部分非晶化，獲得非晶-晶體界面，并引入大量位錯缺陷。通過大量的HAADF-STEM精細結構表征可以觀察到催化劑內部具有大量的裂紋。位錯缺陷的產生與界面(如:孿晶界、晶/非晶界面、晶/晶界面)或晶相裂紋密切相關。由于應力和熱應力的相互作用，這些區域經常發生應力集中。當應力或熱應力值達到位錯的臨界剪應力時，位錯開始激活滑移，導致位錯產生。該位錯缺陷在HER反應中具有重要的作用，協同非晶-晶體界面和調控了金屬氧化物電催化劑的電子結構、提供了更多的活性位點，從而賦予了電催化劑在堿性水和海水中均具有較好的催化活性，主要表現為：在堿性水溶液和海水溶液中達到10 mA /cm2的過電勢分別為45和75mV，此外，此催化劑在100h的循環測試中具有較好的穩定性。此工作利用簡便的磷化策略可以在催化劑中引入非晶-晶體界面和位錯缺陷，為生產低成本、高效的HER催化劑提供了有效手段。
全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c12049
（核稿：張鵬偉 編輯：劉倩）
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