Advanced Materials：氧空位主导的NiS2/CoS2多孔界面纳米线阵列——便携式锌空电池驱动水分解

在石油、天然气等不可再生能源日益短缺的今日，发展高效、稳定、清洁、廉价的新型产能方式备受瞩目。电催化水分解由于绿色环保、产品纯度高以及制得气体(H2/O2)的高效率被认为是目前最具发展潜力的技术之一。但是，电催化水分解具有较高的理论电压1.23 V，目前的手段都是利用工业生产的电来电解水，本质上还是在消耗有限的不可再生资源。因此，该技术的核心问题是如何大幅降低其分解电压，寻找新型的可替代电源供应。其中，开发廉价、易制备的高效多功能电催化材料，并设计自驱动装置是改研究工作的亮点。

近日，兰州大学席聘贤教授课题组与北京大学郭少军教授课题组共同在Advanced Materials杂志上发表题为“Oxygen Vacancies Dominated NiS2/CoS2 Interface Porous Nanowires for Portable Zn−Air Batteries Driven Water Splitting Devices”的研究论文。研究人员通过缺陷控制将NiCo2O4纳米线阵列与硫粉在300度反应获得NiS2和CoS2界面纳米线阵列；之后巧妙的利用硫化物在OER过程中的表面氧化，在1.6 V电压下测试6 h获得表面氧空位主导的NiS2/CoS2多孔界面纳米线阵列。得益于表面的氧空位和本身的界面结构，以及多孔纳米线阵列等结构特征，使得该材料具有优良的电催化性能。在碱性（1 M KOH）条件下，达到10 mA cm−2电流密度仅需235 mV过电位，同时可以在该电流密度下保持稳定催化70 h；同时，DFT计算进一步证明表面氧空位对原有硫化物电催化性能的提升。此外，表面氧空位主导的NiS2/CoS2多孔界面纳米线还具有优良的HER和ORR性能。便携式锌空电池的设计组装进一步实现了该材料在能源转换方面的应用；该锌空电池具有1.49 V的开路电压和稳定的充放电性能。以两节串联的锌空电池为电力驱动，以表面氧空位主导的NiS2/CoS2多孔界面纳米线阵列为阴阳极，设计组装的自驱动水分解装置，具有很好的性能和稳定性，同时H2/O2的生产效率均接近100 %。该成果为传统过渡金属催化材料的改性修饰提供了新的思路，以及为高效自驱动水分解装置的研发开辟了新路径。

相关文章在线发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201704681）上。本文的第一作者是兰州大学博士研究生殷杰。