近日，信息科學(xué)與工程學(xué)院馬超副教授與南京師范大學(xué)劉影副教授團(tuán)隊(duì)合作在《Angewandte Chemie International Edition》期刊發(fā)表了題為“Enhanced Electrocatalytic Water Oxidation by Interfacial Phase Transition and Photothermal Effect in Multiply Heterostructured Co9S8/Co3S4/Cu2S Nanohybrids”的研究論文。

論文提出了一種光熱協(xié)同界面相變促進(jìn)高效電催化水分解的新策略，創(chuàng)新性地融合了界面相變和光熱效應(yīng)，開(kāi)發(fā)了一種多重異質(zhì)Co9S8/Co3S4/Cu2S納米顆粒作為析氧反應(yīng)（OER）電催化材料，其中Co3S4在Co9S8和Cu2S之間的界面上生長(zhǎng)。理論計(jì)算表明，將Co9S8和Cu2S整合在一起會(huì)觸發(fā)Co9S8的界面相變，從而導(dǎo)致界面Co3S4層的形成，這是因?yàn)镃o3S4/Cu2S（-7.61 eV）的形成能比Co9S8/Cu2S（-5.76 eV）低。這種相變不僅降低了OER的能壘（從0.335 eV降低到0.297 eV），還引發(fā)了界面電荷的重新分布，增加了載流子密度（從7.76×1014cm-3增加到2.09×1015cm-3），并創(chuàng)造了更多的活性位點(diǎn)。

圖.1 理論計(jì)算揭示了界面相變的機(jī)制，以及Co3S4(311)表面Co(6-1)位點(diǎn)是最佳活性位點(diǎn)

此外，通過(guò)第一性原理計(jì)算，論文發(fā)現(xiàn)被廣泛采用的d帶中心理論在該體系中會(huì)失效，其失效的機(jī)制在于晶體場(chǎng)效應(yīng)產(chǎn)生的巨大的能級(jí)劈裂；同時(shí)提出，在此類配位化合物中對(duì)表征OER活性更有效的描述符應(yīng)該是晶體場(chǎng)劈裂能Δ，它在最佳活性位點(diǎn)附近表現(xiàn)出常見(jiàn)的“火山型”曲線。

圖2. 晶體場(chǎng)劈裂能Δ作為OER的新描述符

該工作揭示了界面相變和光熱效應(yīng)對(duì)Co9S8/Co3S4/Cu2S納米異質(zhì)體系電催化性能的出色促進(jìn)作用，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化各種催化劑的過(guò)電勢(shì)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提供了一種創(chuàng)新性的新策略。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)馬超副教授和南京師范大學(xué)劉影副教授為共同通訊作者，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金和江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)基金的大力支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202310163

編      輯：萬(wàn)    千 

審      核：賈    波