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電催化分解水的催化劑主要由貴金屬及其氧化物組成，其稀缺性與高成本極大地限制了電催化產氫的產業(yè)化應用。開發(fā)新型的高效非貴金屬催化劑，是實現(xiàn)大規(guī)模電催化分解水制氫的關鍵。近年來，硫族化合物由于其催化活性高、穩(wěn)定性好、成本低等特點在電催化水分解領域受到廣泛關注。

近日，青島科技大學劉健教授團隊和中國科學院理化技術研究所的聞利平研究員、江雷院士合作通過組分調節(jié)、納米結構控制和三相界面設計，利用簡便的硫族凝膠復分解反應原位構筑了一種負載型的超親水/超疏氣CoMoS_x硫族凝膠雙功能電催化劑，實現(xiàn)了大電流密度下高效穩(wěn)定的全分解水。

研究人員利用復分解反應在泡沫鎳表面原位簡易負載了硫族凝膠電催化劑CoMoS_x/NF。該催化劑呈現(xiàn)一種褶皺狀的多級微納尺度的復合結構，其超親水和超疏氣的性質一方面能顯著促進電解質在催化劑表面的浸潤，實現(xiàn)催化界面對反應物水分子的高效活化；另一方面可以加快原位產生氣泡的脫附，從而加速堿性條件下的HER/OER速控步驟。特別是在大電流密度下，水相電解質的有效浸潤和原位生成氣泡的快速脫除，可加速傳質，促進電催化分解水的進行。值得注意的是，超親水/超親氣CoMoS_x/NF由于具有優(yōu)異的界面性質和本征特性，能夠保證其在高電流密度下穩(wěn)定運行。CoMoS_x/NF作為雙功能電催化劑用于全解水，在電流密度500 mA/cm²時，能夠至少穩(wěn)定運行100小時，優(yōu)于目前已報道的絕大多數(shù)材料。該研究展現(xiàn)了硫族凝膠在構建高性能電解水催化劑方面的巨大潛力，也可為其他電化學催化領域的關鍵催化材料與功能界面的設計構筑提供新的思路。

相關工作以研究全文的形式發(fā)表在德國應用化學上（Angew. Chem. Int. Ed.,2020,59,1659-1665）。青島科技大學為第一通訊單位，第一作者是青島科技大學的碩士生單馨瑤。文章的通訊作者為劉健教授和聞利平研究員。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201911617

本工作得到了國家自然科學青年科學基金、山東省自然科學杰出青年基金、山東省自然科學重大基礎研究項目和“National Thousand Talents Program”等的資助。