近日，信息科學與工程學院馬超副教授與南京師范大學劉影副教授團隊合作在《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，開發(fā)了一種多重異質Co9S8/Co3S4/Cu2S納米顆粒作為析氧反應（OER）電催化材料，其中Co3S4在Co9S8和Cu2S之間的界面上生長。理論計算表明，將Co9S8和Cu2S整合在一起會觸發(fā)Co9S8的界面相變，從而導致界面Co3S4層的形成，這是因為Co3S4/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。

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

此外，通過第一性原理計算，論文發(fā)現(xiàn)被廣泛采用的d帶中心理論在該體系中會失效，其失效的機制在于晶體場效應產生的巨大的能級劈裂；同時提出，在此類配位化合物中對表征OER活性更有效的描述符應該是晶體場劈裂能Δ，它在最佳活性位點附近表現(xiàn)出常見的“火山型”曲線。

圖2. 晶體場劈裂能Δ作為OER的新描述符

該工作揭示了界面相變和光熱效應對Co9S8/Co3S4/Cu2S納米異質體系電催化性能的出色促進作用，為設計和優(yōu)化各種催化劑的過電勢和反應動力學提供了一種創(chuàng)新性的新策略。

山東農業(yè)大學馬超副教授和南京師范大學劉影副教授為共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金、山東省高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新團隊項目、山東省自然科學基金和江蘇省高等學校自然科學基金的大力支持。

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

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波