近日，信息科学与工程学院马超副教授与南京师范大学刘影副教授团队合作在《Angewandte Chemie International Edition》期刊发表了题为“Enhanced Electrocatalytic Water Oxidation by Interfacial Phase Transition and Photothermal Effect in Multiply Heterostructured Co9S8/Co3S4/Cu2S Nanohybrids”的研究论文。
论文提出了一种光热协同界面相变促进高效电催化水分解的新策略，创新性地融合了界面相变和光热效应，开发了一种多重异质Co9S8/Co3S4/Cu2S纳米颗粒作为析氧反应（OER）电催化材料，其中Co3S4在Co9S8和Cu2S之间的界面上生长。理论计算表明，将Co9S8和Cu2S整合在一起会触发Co9S8的界面相变，从而导致界面Co3S4层的形成，这是因为Co3S4/Cu2S（-7.61 eV）的形成能比Co9S8/Cu2S（-5.76 eV）低。这种相变不仅降低了OER的能垒（从0.335 eV降低到0.297 eV），还引发了界面电荷的重新分布，增加了载流子密度（从7.76×1014cm-3增加到2.09×1015cm-3），并创造了更多的活性位点。
图.1 理论计算揭示了界面相变的机制，以及Co3S4(311)表面Co(6-1)位点是最佳活性位点
此外，通过第一性原理计算，论文发现被广泛采用的d带中心理论在该体系中会失效，其失效的机制在于晶体场效应产生的巨大的能级劈裂；同时提出，在此类配位化合物中对表征OER活性更有效的描述符应该是晶体场劈裂能Δ，它在最佳活性位点附近表现出常见的“火山型”曲线。
图2. 晶体场劈裂能Δ作为OER的新描述符
该工作揭示了界面相变和光热效应对Co9S8/Co3S4/Cu2S纳米异质体系电催化性能的出色促进作用，为设计和优化各种催化剂的过电势和反应动力学提供了一种创新性的新策略。
10大信誉菠菜担保平台马超副教授和南京师范大学刘影副教授为共同通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金、山东省高校优秀青年创新团队项目、山东省自然科学基金和江苏省高等集团自然科学基金的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202310163
编 辑：万 千
审 核：贾 波
