本网讯 近日，中南大学粉末冶金国家重点实验室雷永鹏教授研究组在非贵金属电催化材料领域取得重要进展，相关成果接连发表在《Energy & Environmental Science》(IF=33)、《Small》(IF=11)、《Journal of Energy Chemistry》(IF=5.2)等国际权威期刊。

对于可充金属-空气电池和全解水而言，析氧反应（OER）极其重要。但由于该反应高的活化能和缓慢的动力学，需要大过电势来加速反应。为调控局域电子构型并提高OER的催化活性，作者采用阳离子取代和阴离子空位的双调控策略，通过氰基交联和湿化学还原法，合成了一种具有高稳定性、优异OER催化活性的富氧空位的Fe-Co-O超薄纳米片。该催化剂的过电势和塔菲尔斜率分别是260mA cm^-2和53 mV dec^-1，是已报道的氧化物粉末催化剂的最高水平之一。理论计算对结果进一步作了解释。从原子尺度上，该工作为“阳离子取代/氧空位”和“电催化活性”之间的内在关系提供了深刻的理解。该成果发表在《Small》，王启晨（我校2018级博士生）和薛雄雄博士（湖南大学）为共同第一作者，雷永鹏和湖南大学冯页新教授为共同通讯作者。清华大学李亚栋院士、王定胜教授及我校熊翔教授给予了重要指导。

（a）双金属氧化物OER活性比较，（b）富氧空位的Fe-Co-O的理论模型，（c）阳离子取代策略的理论计算

由于量子限域效应，超薄二维过渡金属硫族化合物（TMDs）展现了非常好的电子特性和化学性质。化学气相沉积（CVD）法制备的TMDs具有原子级厚度，表现出纯度高、组成可调、尺度均匀等优点，为理解电催化材料的构效关系提供了一个良好平台。原子尺度的表界面调控策略可有效调变CVD生长的TMDs的原子排布和电子结构，并提高导电能力。作者对CVD方法合成的TMDs进行了归纳，阐述了各种界面、表面调控方法（几何维度调控、缺陷工程、掺杂改性、相转变、应力调控、异质结构建），对其在电催化领域的应用进行了总结，结果发表在国际顶尖期刊《Energy & Environmental Science》。王启晨为第一作者，雷永鹏、清华大学王定胜、湖南大学段曦东为共同通讯作者。清华大学李亚栋院士给予了重要指导。

针对电催化的CVD合成TMDs原子级工程策略示意图

针对高效、廉价金属电催化材料研发，雷永鹏等在泡沫镍上合成了高活性、高稳定的NiCoP纳米叶阵列（NiCoP@NF），在水-碱电解槽中，该自支撑电极只需要1.87V的电压就能提供200mA cm-2的电流密度；在太阳能水分解装置中，其制氢效率高达11.4%。为开发低成本的非贵金属电解水催化剂及其绿色可持续的产氢提供了借鉴。该结果发表于中国科技期刊卓越行动计划重点期刊《Journal of Energy Chemistry》，我校陈雷博士为第一作者，雷永鹏为通讯作者。唐有根教授给予了重要指导。