加拿大孙书会院士和广东工大施志聪教授：异质结界面工程提高水分解活性与稳定性

2. 所制备的NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF在产氢反应和产氧反应中表现出优异的双功能活性和稳定性，可进行整体水电解。

3. 基于NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ的界面工程、MnOₓHᵧ的外壳保护特性及三维开放的纳米棒结构，制备的电催化剂具有超高活性和稳定性。

此外，MnOₓHᵧ作为有效的保护壳，很好地阻止了电催化剂在高电流密度下的电化学腐蚀，增强了高电位下的工作稳定性。构建的三维纳米棒结构不仅暴露了丰富的活性位点，还加速了电解质的扩散和气泡的脱附。因此，NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF在整体水分解方面表现出特殊的双功能活性和稳定性。在100和500 mA cm⁻²时，OER的过电位分别仅为326和356 mV，同时在100 mA cm⁻²时可以维持150 h的高稳定性。在整体水分解能力方面，它在10 mA cm⁻²时表现出1.529 V的低电池电压，同时在100 mA cm⁻²下可以维持100小时。

NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF的制造过程如图1所示。首先，通过简单的水热硫化反应制备了生长在NF上的三维NiₓSᵧ纳米棒，在CTAB和水合肼的存在下，NF和硫磺粉分别作为Ni源和S源。随后通过电沉积工艺，NiₓSᵧ/NF被均匀地覆着在MnOₓHᵧ上，从而成功构建了具有核壳异质结构的NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ纳米棒。此外，MnOₓHᵧ的质量负载可以通过调整电沉积时间进行优化。

II 催化剂的形貌与组成

III 催化剂的电子状态与相互作用

IV 催化剂的电催化性能

最后，作者研究了所制备异质结纳米棒电催化剂的催化活性。如图5所示，作者用标准的电极配置在1.0M KOH电解液中研究了电催化剂的OER性能。为了进行比较，首先在相同条件下测试了NiₓSᵧ/NF、MnOₓHᵧ/NF和RuO₂/NF的LSV曲线(图5a)。NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF的OER活性在低电流密度范围内与贵金属RuO₂/NF相似，但在高电流密度范围内高于RuO₂/NF，证明了NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF拥有出色的OER活性。此外，它还呈现出比NiₓSᵧ/NF和MnOₓHᵧ/NF高的电流密度，表明NiₓSᵧ和MnOₓHᵧ之间的协同效应使NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF具有增强的OER活性。图5b比较了不同的高电流密度下制备的电催化剂的OER活性。NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF可以在326、347和356 mV的低过电位下分别产生100、300和500 mA cm⁻²的电流密度，而NiₓSᵧ/NF 和MnOₓHᵧ/NF则需要381和345 mV的过电位才能达到 达到100 mA cm⁻²。

作为双功能催化剂，其HER催化活性也进行了评估(图6)。MnOₓHᵧ/NF的HER活性优于NiₓSᵧ/NF和MnOₓHᵧ/ NF，并接近于Pt/C/NF，这是由于NiₓSᵧ和MnOₓHᵧ/NF之间的电子相互作用所产生的协同效应。此外，NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF 只需要179和270 mV的过电位就能实现10 和100 mA cm⁻²的电流密度，这可以与大多数非贵金属的HER 金属电催化剂相媲美。如图6b所示，NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF拥有一个较小的Tafel斜率 (95.1 mV dec⁻¹)，这意味着NiₓSᵧ@ MnOₓHᵧ/NF具有对HER有利的反应动力学。

NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF展现了优秀的OER和HER性能，作为一种双功能电催化剂，被应用于电化学全解水系统的阳极和阴极(图7a)。如图7b所示，NiₓSᵧ@MnOₓHᵧ/NF在10 mA cm⁻²的情况下，以1.530 V的低电池电压实现了全解水的良好活性。此外，它只需要1.829和1.888 V的电池电压就可以达到100和200 mA cm⁻²的电流密度。计时电流曲线也表明催化剂在电池电压为1.83v和200 h工作时间内具有良好的稳定性，有望用于工业化全解水。