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?侯陽/戴黎明/邱明Nature子刊：安培級電流密度！S-NiBDC助力HER

時間：2022-11-16 來源： 瀏覽：

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二維（2D）金屬有機骨架（MOFs）已被作為析氫反應(yīng)（HER）的有效電催化劑，但是在超高電流密度下緩慢的水活化動力學(xué)和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性阻礙了其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
基于此， 浙江大學(xué) 侯陽教授、澳大利亞新南威爾士大學(xué)戴黎明教授和華中師范大學(xué)邱明副教授（共同通訊作者）等人 報道了一種通用配體調(diào)控策略，
以構(gòu)建具有S的良好排列的Ni-苯二甲酸（BDC）基MOF納米片陣列（S-NiBDC）。在堿性電解質(zhì)中，S-NiBDC陣列表現(xiàn)出310 mV的過電位，達到1.0? A cm -2 ，具有較高的穩(wěn)定性。
作者構(gòu)建了兩層支撐NiBDC和S-NiBDC模型，其中Ni原子與BDC有機連接體配位形成NiBDC結(jié)構(gòu)，而部分BDC配體被1, 4-苯二甲硫醇（BDMT）取代，與Ni中心連接形成S-NiBDC結(jié)構(gòu)。
在S-NiBDC中，“Ni 2 -S 1 ”基序類似于[FeFe]-氫化酶中的Fe-S核心。在引入S物種后，S-NiBDC結(jié)構(gòu)的p態(tài)更容易促成高HER活性，同時引入的S物種為成鍵和反鍵軌道帶來更多狀態(tài)，有助于整個HER反應(yīng)的中間體吸附和電子傳輸。
對S-NiBDC和NiBDC進行DFT計算，以更好地理解HER機理。在所有研究位點中，經(jīng)S原子修飾的Ni位點在熱力學(xué)上更有利于水的吸附，表明水分子易在S-NiBDC的Ni位點上被激活，加速HER過程。
對比NiBDC（-0.38 eV）和Ni位點（-0.31 eV），S-NiBDC中的S位點提供H*（ΔG H* ）的最佳值（-0.12 eV）更接近最佳值，表明活性區(qū)域中的S位點對于H 2 析出最有效。
三角形“Ni 2 -S 1 ”活性區(qū)中的整個HER過程：水分子被S配位的Ni位點捕獲，然后在Ni位點上解離，形成H原子和OH - ，在借助一個自由電子激活水分子，生成的H原子進一步吸附在S位點并最終生成H 2 。
Accelerated water activation and stabilized metal-organic framework via constructing triangular active-regions for ampere-level current density hydrogen production. Nat. Commun., 2022 , DOI: 10.1038/s41467-022-34278-6.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34278-6.
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