摘要：在实际的大电流密度下，通过水电解产氢的发展明显受到催化剂不理想的活性和持久性的限制。阵列结构催化剂已被证明在增强气泡释放方面特别有效，从而减少了“气泡效应”的有害影响，特别是在高电流密度下。

在实际的大电流密度下，通过水电解产氢的发展明显受到催化剂不理想的活性和持久性的限制。阵列结构催化剂已被证明在增强气泡释放方面特别有效，从而减少了“气泡效应”的有害影响，特别是在高电流密度下。

该策略在设计高性能催化剂方面具有显著的优势，通过促进气体产品的质量传输，并通过减轻气泡引起的应力来提高结构的稳定性。增强固有活性对于以最小的过电位实现可观的电流密度至关重要，而在纳米阵列上构建异质结构是一种很有前途的方法。异质结构通过多组分协同效应优化电子结构，反过来调节中间体的吸附/解吸，显著提高内征催化活性。

然而，纳米阵列上的异质结构通常通过两个独立的阶段构建，这种传统的方法限制了丰富的异质界面的形成，从而限制了催化性能。因此，构建具有丰富异界面的过渡金属基纳米阵列催化剂是推进高电流条件下水电解的关键。

近日，西北工业大学黄维和艾伟等利用了硫氰化钾(KSCN)和各种过渡金属源之间的反应热力学差异，开发了一种熔盐环境下的级联反应过程。在200 °C下，泡沫Ni与熔融的KSCN反应生成Ni9S8和S2-离子。随后，S2-被过渡金属离子捕获形成硫化物，并直接集成到纳米阵列上，形成丰富的异质界面。基于此原理，研究人员成功制备出RH-Ni9S8/RuS2催化剂。

实验和理论计算结果表明，RH-Ni9S8/RuS2中丰富的异质界面显著增强了纳米阵列内Ni9S8和RuS2之间的界面相互作用，调节了界面电子结构，提高了HER的固有活性和稳定性。

性能测试结果显示，在碱性条件下，RH-Ni9S8/RuS2催化剂达到1000 mA cm−2高电流密度所需的HER过电位仅为180 mV，并且在该电流密度下连续电解500小时后仍保持良好的活性。

值得注意的是，利用该策略制备的RH-Ni9S88/FeS、RH-Ni9S8/CoS2、RH-Ni9S8/NiS2和RH-Ni9S8/MoS2也表现出良好的HER活性，突出了熔盐环境下的级联反应在设计和合成高性能富异质界面过渡金属硫化物方面的创新级联反应的巨大潜力。总的来说，该项工作为未来能够在大电流密度下工作的高效气体演化电极的界面设计提供了新的策略。

Cascade reaction enables heterointerfaces-enriched nanoarrays for ampere-level hydrogen production. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202422393

黄维，中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士、欧亚科学院院士。教授、博导，柔性电子（包括有机电子、塑料电子、生物电子、印刷电子、能源电子和纳米电子）学家。俄罗斯科学院名誉博士、英国谢菲尔德大学名誉博士，英国皇家化学会会士、美国光学学会士、国际光学工程学会会士。曾两次获得国家自然科学奖二等奖、四次获得高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖一等奖、六次获得江苏省科学技术奖一、二等奖以及何梁何利基金“科学与技术进步奖”和中国电子学会自然科学奖一等奖等，成果曾入围中国“高等学校十大科技进展”。现任西北工业大学学术委员会主任、柔性电子前沿科学中心首席科学家。

来源：华算科技