福建物構所在過渡金屬界面催化研究中取得進展

　　氫能作為一種二次清潔能源越來越受到人們的重視。目前中國、美國、加拿大、日本和歐盟等都制定了相應的氫能發展規劃，我國已在氫能領域取得了多方面的進展，在將來有望成為氫能技術應用領域的先鋒。氫氣通常需要通過其它能源途徑制取；電解水作為一種零污染的制氫方法，具有極高的應用潛力。當前，電解水制氫的最大問題在于電極材料催化活性差，過電位高，造成過多的電能消耗，而國內外學者在電極材料研究方向大多集中在成分、宏觀結構調控等方面。

　　中國科學院福建物質結構研究所王要兵課題組及其合作者吳克琛組副研究員李巧紅近期通過過渡金屬異質結構界面調控，促進了對水及有機小分子電催化氧化過程。在該研究工作中，研究人員首先分別制備了金屬Co(O)納米片和金屬Fe(O)納米鏈，再將兩種納米結構進行熱耦合組裝，形成具有明確界面結構的納米異質結。球差透射電子顯微鏡以及粉末衍射結果證實：熱耦合過程中，無定形Co(O)納米片在Fe(O)的誘導下，于界面邊緣處產生大量局域微晶結構，這些微晶結構為電催化反應提供了豐富的階梯、扭結和不飽和活性位點；此外，光電子能譜分析發現：該熱耦合納米異質結構材料在界面處形成部分Co-O-Fe橋聯物種；同時，界面重排產生了大量氧缺陷位點，該過程未見報道。上述三個因素協同作用，極大地促進該Fe/Co異質結構材料的電催化活性。電催化測試結果表明：電流密度在50 mA cm-2時其析氧過電位只有329 mV，且保持連續20 h電解不衰減。密度泛函理論計算揭示該異質結構材料中，鄰近界面的Fe活性位點可極大地促進羥基自由基向吸附態氧轉化，從而提高析氧活性。當采用苯甲醇作為配對氧化反應，該異質結構材料與商業Pt片作為兩電極時，在10mA cm-2條件下電解水的電壓可降至1.42 V，因而具有極高的商業應用價值。

　　該工作為設計合成穩定高效的電催化材料提供了新思路，拓展了異質結構材料的應用范圍，為探索新的電催化機制提供了重要參考。此研究工作獲得國家自然科學基金、中科院納米與組裝重點實驗室、中科院先導研究計劃等項目基金的資助，于近期發表在國際能源期刊ACS Energy Lett. 2018, 3, 1854-1860 (DOI: 10.1021/acsenergylett.8b01071)。