吉大AFM: 室温下合成(Ni，Fe)3S2纳米片阵列，有效促进碱性水电解

碱性水电解制氢技术具有技术成熟度高、施工简单、设备成本低等优点，被认为是最有可能实现大规模工业化绿色制氢的技术。水电解电极在很大程度上决定了碱性电解槽的性能和效率。工业上，由于镍基电极的催化活性适中，传统的碱性电解槽在约1.8-2.0 V (80 °C，30% KOH溶液)的槽电压下以250-400 mA cm⁻²的低电流密度运行。为了寻求具有更高性能的非贵金属电极，研究人员已经探索了许多具有多种晶体结构和组成的3d过渡金属(特别是Fe、Co和Ni)基电催化剂用于HER或/和OER。然而，由于过渡金属基催化剂的合成过程通常是复杂和高成本的，它们很少能应用于真正的碱性电解槽。

近日，吉林大学邹晓新和陈辉等在室温条件下，以NiFe泡沫(NFF)为载体，合成了水铝石相(Ni，Fe)₃S₂纳米片阵列((Ni，Fe)₃S₂/NFF)，并实现了纳米尺寸的批量生产。

实验结果表明，在碱性介质中，(Ni，Fe)₃S₂/NFF电极可作为HER和OER的高性能电催化剂: 在碱性介质中，(Ni，Fe)₃S₂/NFF在100 mA cm⁻²电流密度下的HER和OER过电位分别为168和241 mV；并且，对于OER和HER反应，(Ni，Fe)₃S₂/NFF在该电流密度下连续运行1000小时而没有发生明显的电位变化。

原位光谱和理论计算表明，作为HER电催化剂时，(Ni，Fe)₃S₂作为催化相提供了高密度的有效活性中心(Ni-Ni和Ni-Fe桥位点)；在电化学OER过程中，(Ni，Fe)₃S₂纳米片完全转变为γ-(Fe，Ni)OOH高活性物种，显著提升了OER催化活性。

此外，利用(Ni，Fe)₃S₂/NFF作为阳极和阴极组装的碱性电解槽仅需1.93 V的电压就能达到600 mA cm⁻²的电流密度，并且该电解槽能够在600 mA cm⁻²电流密度连续运行超过420小时，显示出巨大的实际应用潜力。总的来说，该项工作提供了一种简单的NiFe基硫化物电极的制备策略，并刺激了NiFe基电极在工业碱性电解槽的实际应用。

Room-temperature, meter-scale synthesis of heazlewoodite-based nanoarray electrodes for alkaline water electrolysis. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202400979

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