叶金花/刘乐全/陈俊翔，最新ACS Catalysis！

共催化剂在光催化全面水分解（POWS）中具有重要意义。其中，Ni基共催化剂是替代Pt等代表性贵金属的有吸引力的候选催化剂，但其稳定性差、效率低。基于此，天津大学刘乐全副教授、日本国家材料研究所叶金花教授和中国科学院福建物质结构研究所陈俊翔副研究员等人报道了包裹在氮掺杂超薄石墨烯（NC）层中的Ni纳米颗粒是一种活性、稳定和低成本的POWS共催化剂。结果表明，Ni@NC/SrTiO₃（STO）的析氢速率约为Ni/STO的3.2倍，甚至优于典型Pt共催化剂。

通过DFT计算，作者研究了Ni@NC石墨烯壳上的HER反应。作者构建了四种催化剂模型：Ni掺杂单层石墨烯（Ni@NC），Ni覆盖单层石墨烯（Ni@C），裸Ni（Ni）和纯C。

在DFT计算中，作者对每个结构上大约700个位点进行了单点能量计算，并选择吸附较强的位点进行详细的结构优化，以确保覆盖所有表面反应活性位点。结果表明，活性位点的数量顺序如下：Ni/STO＞Ni@NC/STO＞Ni@C/STO＞C/STO，除Ni/STO外，均符合实验活动顺序。

当Ni被NC包封时，即在Ni@NC/STO中，O*和OH*的竞争吸附较弱，保证了H*位点的实际利用，具有较高的活性。C/STO的平均ΔG_H*值在1.2~1.5 eV内，表明吸附较弱。当Ni被引入或掺杂N时，表面产生了许多高活性位点，从而导致更强的吸附。

研究发现，N对活性位点的径向分布函数明显高于普通位点的平均值。N与活性位点的强相关性证实了活性位点位于N附近，即N的引入在统计上增加了活性位点的数量。

Ni Coated with N-doped Graphene Layer as Active and Stable H₂ Evolution Cocatalysts for Photocatalytic Overall Water Splitting. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c03405.

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