西安建大云斯宁教授Materials Today Nano：界面工程策略增强NiFe2O4/NiTe异质结构催化剂的电催化活性用于先进的能量转换

 【研究背景】

太阳能和氢能作为清洁能源，具有资源储量丰富、环境友好等优势，在能源危机与环境污染日趋严重的当今受到广泛关注。同时，在碳达峰和碳中和的“双碳”目标激励下，发展太阳能和氢能也显得尤为重要。染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs）和电解水制氢分别是利用太阳能发电和水分解制氢的两种能源转换技术。在DSSCs和电解水阴极的三碘还原反应（Tri-iodine reduction reaction, T-IRR）和析氢反应（Hydrogen evolution reaction, HER）过程中，T-IRR和HER表现出缓慢的电化学反应过程。因此，低成本、高效率、环境友好的非贵金属电极催化剂的合理设计是加速T-IRR和HER反应过程的关键。

【成果介绍】

近期，西安建筑科技大学材料学院云斯宁教授（通讯作者）“新能源材料”研究团队通过便捷的界面工程设计策略构筑了高效的NiFe₂O₄/NiTe异质结构电催化剂，利用六方相结构的碲化镍和尖晶石结构的镍铁双金属化合物之间的协同效应，显著地提升了催化剂的电催化性能和电化学稳定性。其中，NiFe₂O₄/NiTe作为高效的双功能电极催化剂，应用于染料敏化太阳能电池中，获得了8.15%的光电能量转换效率；在碱性介质析氢反应中，10 mA cm^-2电流密度下，获得了148.8 mV的过电势和73.67 mV dec^-1的塔菲尔斜率。相关研究成果以题为“A tailored interface engineering strategy designed to enhance the electrocatalytic activity of NiFe₂O₄/NiTe heterogeneous structure for advanced energy conversion applications”发表在国际工程技术领域Top期刊Materials Today Nano（IF=13.364，2021）上。西安建筑科技大学云斯宁教授为论文通讯作者，硕士研究生党长伟为第一作者。

【图文导读】

图1 NiFe₂O₄/NiTe制备过程示意图。

图2 NiFe₂O₄/NiTe、NiTe和NiFe₂O₄的（a）XRD图谱和（b）XPS总谱；NiFe₂O₄/NiTe和NiTe的（c）Ni 2p、（d）Te 3d的XPS精细谱；（e）NiFe₂O₄/NiTe和NiFe₂O₄的Fe 2p的XPS精细谱；（f）NiFe₂O₄/NiTe的O 1s的XPS精细谱。

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

图4 （a）光电流密度-电压（J-V）光伏特性曲线；（b）连续照射（100 mW cm^-2）和避光条件（0 mW cm^-2）下的开关测试曲线；（c）8次连续光开关实验后光电流密度的稳定性；（d）报道的各种过渡金属的硫属化物对电极催化剂光电能量转化效率的比较。

图5（a）线性扫描伏安（LSV）曲线；（b）从LSV曲线获得的η₁₀值；（c）Tafel曲线；（d）在不同扫描速率下，非法拉第电位范围NiFe₂O₄/NiTe的循环伏安（CV）曲线；（e）双电层电容（C_dl）；（f）电化学活性表面积（ECSA）；（g）ECSA归一化的LSV曲线；（h）在过电位η=190 mV时，NiFe₂O₄/NiTe、NiTe和NiFe₂O₄的电化学阻抗图谱（插图：等效电路图）；（i）不同复合催化剂的HER性能比较。

【总结】

这项工作通过便捷的界面工程设计策略，获得了高效的NiFe₂O₄/NiTe异质结构电极催化剂，其对于碘还原（IRR）和析氢反应（HER）均表现出优异的电催化活性。这项工作不但为构建高效的过渡金属硫族化合物异质结构催化剂提供了界面工程设计策略，而且为其在能量转换和存储领域中的多功能应用开辟了新途径。

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.

期刊连接：

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

论文链接：

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

DOI: 10.1016/j.mtnano.2022.100242

【通讯作者简介】

云斯宁，西安建筑科技大学，二级教授，博士生导师，陕西省中青年科技创新领军人才，陕西省“特支计划”科技创新领军人才，陕西省重点科技创新团队带头人，西安建筑科技大学领军教授团队负责人。入选2022年全球学者库“全球顶尖前10万科学家”榜单，在材料科学领域国内入选的2666名学者中，排名776。2006年11月毕业于西安交通大学，获博士学位，此后分别在韩国延世大学、美国斯坦福大学、美国加州大学、美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国里丁大学、瑞士洛桑联邦理工学院等访问、交流与学习。目前主要从事新能源材料高效和资源化利用研究，如新一代太阳能电池、燃料电池、超级电容器、生物催化、制氢、多能互补等。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等国际期刊发表论文150余篇(IF>10的论文60余篇)，H-因子42，先后有18篇论文入选ESI热点/高被引论文；主编/参编中、英文专著/教材9部；拥有26项国家授权专利技术。2016年获“Wiley材料学高峰论坛-西安”Highly-cited Author Award。2017年获中国国际光伏大会Best Presentation Award奖。担任国际期刊International Journal of Hydrogen Energy，Renewable & Sustainable Energy Reviews等国际期刊特刊客座主编（Guest Editor）。目前担任Nano Energy Systems, International Journal of Green Energy, Oxford Open Energy等国际期刊编委；担任国际期刊Energy Materials副主编；120余种主要国际SCI学术期刊的特邀审稿和仲裁专家。

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