碱性水电解产氢，是一种在商业上实现大规模制氢的有效方法。尽管非贵金属催化剂在低电流密度(10 mA cm-2-50 mA cm-2)下表现出较高的电催化活性，但由于其电子传输效率低下和羟基之间的竞争吸附，要实现工业所需的超过500 mA cm-2的电流密度仍然具有挑战性。在此，中科院上海硅酸盐研究所黄富强、刘建军和赵伟等设计了一种具有化学键合异质界面的氮化镍和单斜二硫化钼(Ni3N@2M-MoS2)新型金属异质结构催化剂，用于高效稳定水分解。
实验结果表明，在1.0 M KOH溶液中，Ni3N@2M-MoS2在1000 mA cm-2电流密度下的HER和OER过电位分别为155 mV和327 mV。此外，以Ni3N@2M-MoS2为电极构建的水电解槽，仅需要1.644 V的超低电池电压就能产生1000 mA cm-2的电流密度，并且在300小时内活性保留率约为100%，远远超过商业Pt/CǀǀRuO2(2.41V@1000 mA cm-2，100小时@58.2%)。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，Ni3N@2M-MoS2优异的活性主要源于: 1. 具有异质界面的Ni3N@2M-MoS2提供了两种分离的反应位点，以克服竞争性羟基/水吸附的空间位阻；2. 通过Ni-S键形成的异质界面调节了费米能级周围Ni和N原子的电子态，以优化各种中间体(H*、OH*、O*、OOH*)的自由能；3. Ni3N@2M-MoS2的金属电导率和高亲水性改善了电子输运和传质性能。由于上述优点，其具有优异的电催化性能和优异的耐久性，表明所设计的Ni3N@2M-MoS2是一种很有前景的大电流碱性水电解电催化剂。Engineering Metallic Heterostructure Based on Ni3N and 2M-MoS2 for Alkaline Water Electrolysis with Industry-Compatible Current Density and Stability. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202108505
