Journal of Materials Chemistry A：多酸前驱体构建多界面和磷掺杂硫化物实现全pH电催化产氢
近日，济南大学前沿交叉科学研究院王海青老师课题组在学术期刊Journal of Materials Chemistry A（中科院一区，影响因子12.7）发表题为Manipulating all-pH hydrogen evolution kinetics on metal sulfides through one-pot simultaneously derived multi-interface engineering and phosphorus doping的论文，阐述了多酸前驱体构建多界面和磷掺杂硫化物实现全pH电催化产氢的研究过程。详见论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta07670a
1、 全文速览：
2、背景介绍：
氢能成为实现碳中和的最佳解决方案之一！电催化分解水已发展成为大规模生产可再生氢分子（H2）的一种有前途的环保策略。特别是随着可再生能源大规模应用，相应的电价已经显著降低，部分地区的可再生能源上网电价低于火电价格；另一方面可再生能源制氢有利于清洁能源消纳，将弃风、弃光、弃水的电力制氢可以让制氢的电力成本做到最低，同时将氢能存储，可解决电力供需的大规模季节性不平衡问题，助力高比例可再生能源电力系统的调峰问题。然而，铂族催化剂的稀缺性和高昂的价格严重阻碍了其在商用聚合物电解质膜（PEM）电解槽中的广泛应用。同时，从技术和生产角度分析，开发全pH-HER电催化剂对简化生产过程节约生产成本具有重要意义。因此，开发廉价高效的全pH-HER电催化剂的挑战在于如何巧妙地平衡水的吸附/解离以及随后OH-和H*中间体的化学吸附。金属硫化物就有类生物酶的物理和化学特性，但是大部分的金属硫化物具有高的电阻率、氢的吸附自由能偏离理想值、HER活性位活性低和功能单一等问题。
3、研究出发点（或“本文亮点“）：
（1） 本文提出了以磷钨酸为钨源和磷源，泡沫镍为镍源和模板骨架一步法构建硫化物多界面工程和磷掺杂策略，以解决水解离、氢氧根解吸和氢复合等不同且复杂的问题，用于全 pH 值制氢。
（2） 构建的多级NiS/P-WS2/Ni3S4杂合框架具有垂直排列和紧密互连的P-WS2纳米片，其上有许多均匀分布的NiS/Ni3S4纳米颗粒。NiS/P-WS2/Ni3S4在碱性 (pH=14)、酸性 (pH=0)和中性 (pH=7)电解质中对 HER 表现出优异的电催化性能。
（3） 实验观察和理论计算证实NiS/P-WS2/Ni3S4的优越活性源于其几何结构、电子和界面结构的集体协同作用实现导电性提高、活性位点优化和多功能化。
4、图文解析：
我们为全pH 电催化析氢反应 (HER) 发展了一步构建多级NiS/P-WS2/Ni3S4杂合框架中的多界面工程和磷掺杂策略。NiS/P-WS2/Ni3S4由垂直排列且紧密互连的WS2 纳米片组成，其中有许多均匀分布的NiS/Ni3S4纳米颗粒，具有高度暴露的活性位点和丰富的异质界面。NiS/P-WS2/Ni3S4的强大性能被认为源于特殊几何结构、电子和界面结构的集体协同作用。多级纳米片框架可以促进电荷/质量的传输以及更多活性界面位点的暴露。NiS/P-WS2/Ni3S4中的磷掺杂可以诱导电荷重新分布从而活化WS2平面位点和提高导电性。NiS/P-WS2/Ni3S4杂合框架中的多界面工程可以赋予电催化剂增强的导电性和有利的 H*、H2O* 和 H…OH* 吸附能。具体而言，WS2上的电子积累有利于H*吸收能的优化，而NiS/Ni3S4纳米颗粒上的空穴积累有利于H2O的吸收或解离。多界面的精心协作和非金属掺杂策略将启发用于能量转换和存储的先进过渡金属硫化物材料的设计。
5、课题组介绍：
通讯作者
王海青，济南大学前沿交叉科学研究院，硕士生导师，刘宏教授/院长团队成员。南京工业大学博士（2015），清华大学化学系博士后（2015-2017）。一直开展纳米结构的精细设计和界面可控制备，及其在电/光催化产氢、二氧化碳、生物质有机分子升级转化的应用研究。目前，以第一作者或通讯作者在Applied Catalysis B: Environmental、Nano Energy、Nano Research、Small、Nano-Micro Letters、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、SCIENCE CHINA Materials、ACS Applied Materials & Interfaces、Nanoscale等杂志发表SCI论文二十五篇；中国化工学会科学技术奖（基础研究成果奖二等奖，2021）。学术兼职有Chemosensors杂志客座编辑（影响因子3.8）、Nano Research（影响因子8.8，中科院Top一区）青年编委。
