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郑轩副教授在高效碱性全解水 (OWS) 电催化剂的可控合成及其机理研究领域取得重要进展，该成果以“Crystalline-Amorphous Schottky Junction Modulates d/p-Orbital Center Proximity for Efficient Overall Water Splitting at Industrial Current Density”为题发表于国际权威期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（中科院1区TOP期刊）。
碱性电催化全水解是由阴极的析氢反应 (HER) 和阳极的析氧反应 (OER) 组成，被视为当前一种十分有前景的绿色制氢技术。尽管各类电催化剂层出不穷，但开发能在工业电流密度下(≥500 mA cm-2)稳定高效水解、且具有低廉价格的电催化剂，仍面临挑战。有鉴于此，该工作通过两步原位生长策略（图1）合成了一种具有纳米球分层结构的晶体-非晶（C-A）肖特基结催化剂（NiFe (OH)x/Fe7S8/IF）。该催化剂由导电性Fe7S8纳米棒与非晶NiFe(OH)x纳米片组成，形成了稳定的C-A异质界面。
图1. NiFe (OH)x/Fe7S8/IF合成过程示意图
机理研究表明，该肖特基界面处的内建电场（BIEF）不仅可以降低镍铁（氧）氢氧化物的带隙以提升电子传输，亦能通过调节表面反应位点的d/p带中心邻近度（Ded-p）来调控反应中间体的吸附行为。第一性原理计算表明，Ded-p可作为可靠的电子描述符，分别通过平衡H吸附和弱化OOH键合来优化异质界面的HER和OER路径（图2）。得益于这些独特的电子效应，所制备的NiFe (OH)x/Fe7S8/IF催化剂展现出卓越的双功能电催化性能：在1 A cm-2电流密度下HER仅需359 mV过电位，在500 mA cm-2电流密度下OER反应仅需380 mV过电位。由NiFe (OH)x/Fe7S8/IF集成的电全解水装置仅需1.42 V的低电压即可输出10 mA cm-2的电流密度，能在1 A cm-2电流密度下连续运行300小时，且电流密度衰减极小。该工作示范了一种具有普适性的界面构建策略，并提出了一种可用于指导高效、高性能全解水电催化剂合理设计的新型概念框架（Ded-p）。
图2. d/p带中心邻近度调节OER与HER机制示意图
闽南师范大学为该工作唯一完成单位，菠菜论坛
2023级硕士研究生梁晋焕为论文第一作者，菠菜论坛
2022级本科生吴晓祺与2023级本科生马静雯为论文第二与第三作者，郑轩副教授为第一通讯作者，汪庆祥教授、侯彦君老师为论文共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金 (21275127)，福建省自然科学基金 (2024J01807, 2025J01973)，漳州市自然科学基金 (ZZ2024J40)，福建省大学生创新训练计划 (S202510402014)，福建省中青年教师教育科研项目 (No. JAT231051)资助。
论文链接：//pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.5c07668
(图/文：梁晋焕)
