结构设计策略用于二元金属硫化物界面催化活性提高及其水分解研究

0 1 引言  

水分解的电化学过程由两个半反应组成，即阳极析氧（OER）和阴极析氢（HER），其中OER反应式为：4OH- → H2O + 2O2 (g) + 4e-，HER反应式为：2H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2OH-。过渡金属硫化物等复合材料是最有潜力的双功能（HER, OER）电催化剂材料之一，但它们受固有催化活性低，电导率低，稳定性差等原因仍达不到令人满意的性能，发展高效、稳定的过渡金属复合材料电催化剂仍然面临着巨大挑战。因此，通过活性材料与导电性基底异质结构工程协同作用共同设计并构建高效的双功能催化剂电极材料成为了有效解决路径。

0 2 成果简介  

利用鸿之微Device Studio中的DS-PAW通过第一性原理计算对基于rGO媒介载体上构建的NiS2-MoS2异质结催化剂电催化机制进行研究，计算了差分电荷密度、DOS和PDOS。具体包括NiS2和MoS2之间异相界面处的电子耗散和聚集情况，以及费米能级附近活性位点和d波段中心的电子转移速率的优化与固有催化活性增强的关系进行研究分析。以期进一步明确具有丰富非均相界面、完全暴露的活性位点和电子相互作用的NiS2-MoS2/rGO/NF催化剂材料在析氧反应（OER）和析氢反应（HER）中的构效关系。

0 3 图文导读  

图1 NiS2-MoS2异质结构示意图

图2 NiS2-MoS2异质结构的HER 2e-和OER 4e-的模拟流程图

图3 NiS2-MoS2异质结构差分电荷密度图

图4 NiS2-MoS2异质结构的DOS和PDOS的示意图

0 4 小结  

本文使用了鸿之微DS-PAW软件，计算了NiS2-MoS2异质结构的差分电荷密度、DOS和PDOS。通过差分电荷密度可以看到在异质界面上的电子重构，促进了界面上的快速电子转移，界面两侧电荷的积累和耗尽将形成一个内置的电场，以促进界面上的电荷转移。从理论上讲，DOS的强度与催化剂的导电率密切相关。最优杂化体系（NiS2-MoS2/rGO/NF）的DOS在费米能级上是连续的，表明了其固有的金属性质。此外，NiS2-MoS2/rGO/NF的DOS强度显著增加，特别是在费米能级附近的区域，表明杂化体系中非均相界面上的电子转移迅速，电导率增加。通常情况下，远离费米能级的d带中心值会导致活性位点与吸附物质之间的结合强度变弱，有利于水分子和中间活性物质的脱附，提高了NiS2-MoS2/rGO/NF的催化活性。

文献说明

文献信息：结构设计策略用于二元金属硫化物界面催化活性提高及其水分解研究

DOI：https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142377

文献作者：Wenxiu Xua, Ying Weia, Shaobo Zhoua, Ran Suna, Xing Huanga, Sheng Hana, ⁎, Shuaize Wangb, Jibo Jianga, ⁎

审核编辑 ：李倩