西安建大云斯寧教授Materials?Today Nano：界面工程策略增強NiFe2O4/NiTe異質結構催化劑的電催化活性用于先進的能量轉換

?【研究背景】

太陽能和氫能作為清潔能源，具有資源儲量豐富、環境友好等優勢，在能源危機與環境污染日趨嚴重的當今受到廣泛關注。同時，在碳達峰和碳中和的“雙碳”目標激勵下，發展太陽能和氫能也顯得尤為重要。染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs）和電解水制氫分別是利用太陽能發電和水分解制氫的兩種能源轉換技術。在DSSCs和電解水陰極的三碘還原反應（Tri-iodine reduction reaction, T-IRR）和析氫反應（Hydrogen evolution reaction, HER）過程中，T-IRR和HER表現出緩慢的電化學反應過程。因此，低成本、高效率、環境友好的非貴金屬電極催化劑的合理設計是加速T-IRR和HER反應過程的關鍵。

【成果介紹】

近期，西安建筑科技大學材料學院云斯寧教授（通訊作者）“新能源材料”研究團隊通過便捷的界面工程設計策略構筑了高效的NiFe₂O₄/NiTe異質結構電催化劑，利用六方相結構的碲化鎳和尖晶石結構的鎳鐵雙金屬化合物之間的協同效應，顯著地提升了催化劑的電催化性能和電化學穩定性。其中，NiFe₂O₄/NiTe作為高效的雙功能電極催化劑，應用于染料敏化太陽能電池中，獲得了8.15%的光電能量轉換效率；在堿性介質析氫反應中，10 mA?cm^-2電流密度下，獲得了148.8 mV的過電勢和73.67 mV dec^-1的塔菲爾斜率。相關研究成果以題為“A tailored interface engineering strategy designed to enhance the electrocatalytic activity of NiFe₂O₄/NiTe heterogeneous structure for advanced energy conversion applications”發表在國際工程技術領域Top期刊Materials?Today Nano（IF=13.364，2021）上。西安建筑科技大學云斯寧教授為論文通訊作者，碩士研究生黨長偉為第一作者。

【圖文導讀】

圖1?NiFe₂O₄/NiTe制備過程示意圖。

圖2 NiFe₂O₄/NiTe、NiTe和NiFe₂O₄的（a）XRD圖譜和（b）XPS總譜；NiFe₂O₄/NiTe和NiTe的（c）Ni 2p、（d）Te 3d的XPS精細譜；（e）NiFe₂O₄/NiTe和NiFe₂O₄的Fe 2p的XPS精細譜；（f）NiFe₂O₄/NiTe的O 1s的XPS精細譜。

圖3?（a）NiTe、（b）NiFe₂O₄和（c）NiFe₂O₄/NiTe的FESEM圖；（d-f）對應于（a-c）的放大FESEM圖；NiFe₂O₄/NiTe的（g）FETEM和（h）HRTEM；（i-k）NiTe和（j-l）NiFe₂O₄的FFT和IFFT圖。

圖4?（a）光電流密度-電壓（J-V）光伏特性曲線；（b）連續照射（100 mW cm^-2）和避光條件（0 mW cm^-2）下的開關測試曲線；（c）8次連續光開關實驗后光電流密度的穩定性；（d）報道的各種過渡金屬的硫屬化物對電極催化劑光電能量轉化效率的比較。

圖5（a）線性掃描伏安（LSV）曲線；（b）從LSV曲線獲得的η₁₀值；（c）Tafel曲線；（d）在不同掃描速率下，非法拉第電位范圍NiFe₂O₄/NiTe的循環伏安（CV）曲線；（e）雙電層電容（C_dl）；（f）電化學活性表面積（ECSA）；（g）ECSA歸一化的LSV曲線；（h）在過電位η=190 mV時，NiFe₂O₄/NiTe、NiTe和NiFe₂O₄的電化學阻抗圖譜（插圖：等效電路圖）；（i）不同復合催化劑的HER性能比較。

【總結】

這項工作通過便捷的界面工程設計策略，獲得了高效的NiFe₂O₄/NiTe異質結構電極催化劑，其對于碘還原（IRR）和析氫反應（HER）均表現出優異的電催化活性。這項工作不但為構建高效的過渡金屬硫族化合物異質結構催化劑提供了界面工程設計策略，而且為其在能量轉換和存儲領域中的多功能應用開辟了新途徑。

Changwei Dang, Sining Yun*, Yongwei Zhang, Jiaoe Dang, Yinhao Wang, Zhuolei Liu, Yingying Deng, Guangping Yang, Jingjing Yang. A tailored interface engineering strategy designed to enhance the electrocatalytic activity of NiFe₂O₄/NiTe heterogeneous structure for advanced energy conversion applications. Materials Today Nano, 2022, 20, 100242.

期刊連接：

https://www.sciencedirect.com/journal/materials-today-nano

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842022000700

DOI: 10.1016/j.mtnano.2022.100242

?

【通訊作者簡介】

云斯寧，西安建筑科技大學，二級教授，博士生導師，陜西省中青年科技創新領軍人才，陜西省“特支計劃”科技創新領軍人才，陜西省重點科技創新團隊帶頭人，西安建筑科技大學領軍教授團隊負責人。入選2022年全球學者庫“全球頂尖前10萬科學家”榜單，在材料科學領域國內入選的2666名學者中，排名776。2006年11月畢業于西安交通大學，獲博士學位，此后分別在韓國延世大學、美國斯坦福大學、美國加州大學、美國勞倫斯伯克利國家實驗室、英國里丁大學、瑞士洛桑聯邦理工學院等訪問、交流與學習。目前主要從事新能源材料高效和資源化利用研究，如新一代太陽能電池、燃料電池、超級電容器、生物催化、制氫、多能互補等。在Chem Sov Rev, Prog Polym Sci, Energy Environ Sci, Electrochem Energy Rev, Adv Mater, Adv Energy Mater, ACS Energy Lett, Appl Catal B-Environ, Nano Energy, Angew Chem Int Edit, Renew Sust Energy Rev, J Mater Chem A, Chem Eng J, Small, Materials Today Physics, ?Materials Today Nano, ChemSusChem, Nanoscale, J Power Sources, Carbon, Bioresource Technol等國際期刊發表論文150余篇(IF>10的論文60余篇)，H-因子42，先后有18篇論文入選ESI熱點/高被引論文；主編/參編中、英文專著/教材9部；擁有26項國家授權專利技術。2016年獲“Wiley材料學高峰論壇-西安”Highly-cited Author Award。2017年獲中國國際光伏大會Best Presentation Award獎。擔任國際期刊International Journal of Hydrogen Energy，Renewable & Sustainable Energy Reviews等國際期刊特刊客座主編（Guest Editor）。目前擔任Nano Energy Systems, International Journal of Green Energy, Oxford Open Energy等國際期刊編委；擔任國際期刊Energy Materials副主編；120余種主要國際SCI學術期刊的特邀審稿和仲裁專家。

更多詳情，請訪問課題組主頁了解課題組詳情。

http://xy.xauat.edu.cn/gnclyjs/listyjsgk.asp?id=262&bh=2080

https://www.x-mol.com/groups/Sining_Yun