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设计高效的双功能水分解电催化剂是实现可持续生产绿色氢气的关键。然而，由于HER和OER动力学缓慢，限制了水分解反应的整体效率。因此，有必要开发合理的修饰策略来提高催化剂的性能。在各种催化剂修饰策略中，异质结构催化剂的构建不仅可以引入不同的催化活性位点，而且可以调节异质结构的电子结构，有助于提高整体水电解效率。光生载流体辅助电催化(PCA-EC)，嵌入的光活性材料可以帮助改变电催化剂的电子结构或局部反应微环境，从而改变内部催化途径。这种方法正逐渐成为生产绿色氢能的研究热点，因为它可以仅通过可再生太阳能来弥补电力消耗，并显著提高催化效率。然而，PCA-EC仍处于起步阶段，对其具体的增强步骤和机制知之甚少。同时，设计在大电流密度下稳定运行的PCA-EC电极是一个重大的挑战。近日，南京航空航天大学彭生杰、徐江和阿德莱德大学陈玉洁等利用双阴极溅射沉积方法成功合成了MnWO4/FeCoNi Mott-Schottky异质结构涂层，并将其沉积在商业纯Ti载体上。结果表明，在模拟阳光照射下，MnWO4/FeCoNi催化剂在碱性环境下达到10 mA cm−2电流密度所需的HER和OER过电位分别仅为64 mV和204 mV。同时，利用MnWO4/FeCoNi分别作为阳极和阴极组装的电解槽，在光辅助下仅需1.515 V电池电压下就能达到10 mA cm−2的电流密度，比没有光照的情况下低了0.095 V。更重要的是，该电极可以在光照和大电流密度(500和1000 mA cm−2)条件下长时间稳定运行。结合一系列表征和计算结果，研究人员揭示了MnWO4/FeCoNi Mott-Schottky异质结的潜在光生载流体辅助电催化水分解机理。对于HER，异质结对电子结构的调控有效地促进了FeCoNi相上的还原反应；同时，Fe、Co和Ni之间的协同效应可以在较低的能垒下将水还原为H2。此外，与MnWO4相比，MnWO4/FeCoNi的带隙明显变窄，有助于它在模拟阳光下产生更多的光电载流子，其中光生电子在外部电场的作用下转移到催化剂表面，直接参与HER过程。而在OER过程中，一方面，由于电子损失，异质结中的FeCoNi相比FeCoNi单相表现出预氧化态，在外加电场下更容易形成高价Fe3+、Co3+和Ni3+离子；另一方面，在内置电场的作用下，MnWO4的价带上积累了大量具有强氧化能力的光生空穴，并向FeCoNi侧移动，加速了高活性金属(氧)氢氧化物的形成。值得注意的是，MnOOH不仅提高了OER活性，而且增加了光吸收。综上所述，MnWO4/FeCoNi双相催化剂中不同组分的最佳利用，协同提高了光生载流体辅助电催化HER和OER活性。High-efficiency photo-assisted large current-density water splitting with Mott-Schottky heterojunctions. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202415492🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
