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?吉大AFM: 室溫下合成(Ni，F(xiàn)e)3S2納米片陣列，有效促進堿性水電解

堿性水電解制氫技術具有技術成熟度高、施工簡單、設備成本低等優(yōu)點，被認為是最有可能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化綠色制氫的技術。水電解電極在很大程度上決定了堿性電解槽的性能和效率。工業(yè)上，由于鎳基電極的催化活性適中，傳統(tǒng)的堿性電解槽在約1.8-2.0 V (80 °C，30% KOH溶液)的槽電壓下以250-400 mA cm^?2的低電流密度運行。為了尋求具有更高性能的非貴金屬電極，研究人員已經探索了許多具有多種晶體結構和組成的3d過渡金屬(特別是Fe、Co和Ni)基電催化劑用于HER或/和OER。然而，由于過渡金屬基催化劑的合成過程通常是復雜和高成本的，它們很少能應用于真正的堿性電解槽。

近日，吉林大學鄒曉新和陳輝等在室溫條件下，以NiFe泡沫(NFF)為載體，合成了水鋁石相(Ni，F(xiàn)e)₃S₂納米片陣列((Ni，F(xiàn)e)₃S₂/NFF)，并實現(xiàn)了納米尺寸的批量生產。

實驗結果表明，在堿性介質中，(Ni，F(xiàn)e)₃S₂/NFF電極可作為HER和OER的高性能電催化劑: 在堿性介質中，(Ni，F(xiàn)e)₃S₂/NFF在100 mA cm^?2電流密度下的HER和OER過電位分別為168和241 mV；并且，對于OER和HER反應，(Ni，F(xiàn)e)₃S₂/NFF在該電流密度下連續(xù)運行1000小時而沒有發(fā)生明顯的電位變化。

原位光譜和理論計算表明，作為HER電催化劑時，(Ni，F(xiàn)e)₃S₂作為催化相提供了高密度的有效活性中心(Ni-Ni和Ni-Fe橋位點)；在電化學OER過程中，(Ni，F(xiàn)e)₃S₂納米片完全轉變?yōu)棣?(Fe，Ni)OOH高活性物種，顯著提升了OER催化活性。

此外，利用(Ni，F(xiàn)e)₃S₂/NFF作為陽極和陰極組裝的堿性電解槽僅需1.93 V的電壓就能達到600 mA cm^?2的電流密度，并且該電解槽能夠在600 mA cm^?2電流密度連續(xù)運行超過420小時，顯示出巨大的實際應用潛力。總的來說，該項工作提供了一種簡單的NiFe基硫化物電極的制備策略，并刺激了NiFe基電極在工業(yè)堿性電解槽的實際應用。

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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