IF 23.655!物理与电子技术教研室团队在Nano-Micro Letters期刊发表最新研究成果

近日，我院物理与电子技术教研室团队周秋霞博士（第一作者）在电解水制氢领域取得了最新进展，利用泡沫NiFe作为基底与金属源，通过“电沉积-退火-腐蚀”的脱合金化策略，原位构筑了FeNiZn/FeNi₃异质结于泡沫NiFe表面，实现了高活性、高稳定性的锌基双功能电催化剂的可控设计与制备。相关成果于2023年4月12日以“Duplex interpenetrating-phase FeNiZn and FeNi₃ heterostructure with low-Gibbs free energy interface coupling for highly efficient overall water splitting”为题目在线发表在学术期刊《Nano-Micro Letters》上。目前，该杂志的最新影响因子为23.655，属于JCR一区和中科院一区期刊（升级版）。

碱性电解水制氢是当前最有前景且可持续发展的制氢技术，但是由于析氢和析氧两个半反应中涉及多步电子的转移反应，导致反应动力学能垒叠加而产生大的过电位，使得电解水的实际分解电压大于理论电压1.23 V而导致制氢成本增加。因此，设计制备具有高活性、高稳定的电催化剂降低反应的过电位，提高电能向氢能的转化效率，是推动大规模制氢技术的关键问题。在此基础上，我们借助泡沫NiFe作为基底和金属源，通过电沉积金属Zn，随后通过退火处理和腐蚀掉部分金属锌，获得了自支撑多级多孔互穿相FeNiZn与FeNi₃异质结原位构筑于泡沫NiFe表面（FeNiZn/FeNi₃@NiFe），制备的示意图如图1所示。相应的结果如下：1）受益于组分间强烈的协同作用以及一体化多孔结构的高效传质，制备的电催化剂在电解水中表现出优异的双功能活性，具有极低的过电位（析氧反应和析氢反应在电流密度为1000 mA cm^-2时其过电位仅为367和245 mV）以及400 h的超长电化学稳定性；2）构建的双电极全水分解装置在1.0 M KOH电解液中仅需要1.759和1.919 V电压即可实现500和1000 mA cm^-2的电流密度，具有长期的稳定性；3）密度泛函理论计算表明FeNiZn合金和FeNi₃金属间化合物之间的界面相互作用产生的电子结构调制和反应中间体化学吸附的优化，降低了电解水制氢的能垒，促进水的分解。该工作可以为制备简便、经济的高活性自支撑型金属间化合物基双功能电催化剂提供借鉴。

图1. FeNiZn合金/FeNi₃金属间化合物的异质结构原位构筑于泡沫NiFe表面的制备示意图。

物理与电子技术教研室近三年新引进博士5名，为教研室科研团队建设打下了坚实基础，学院积极为青年博士搭建科研平台，进行资源整合与统筹，筹建了“先进医用材料与物理诊疗技术创新实验室”，拟在纳米材料气体疗法和激光医学诊断方面进行创新研究，周秋霞博士的最新科研成果为氢气疗法的应用探索提供了实验参考。