近日，大連理工大學楊明輝教授團隊構建了高度晶格匹配結構的雙相金屬氮化物材料，并通過耦合肼降解來高效生產氫氣，這有利于促進金屬氮化物基電催化劑的發展，在低能耗制氫和環境保護方面具有廣闊的應用前景。相關成果發表在《德國應用化學》。
通過電解水開發高純度、高能量密度的綠氫具有巨大的前景，但嚴重依賴昂貴且壽命有限的貴金屬以及陽極析氧反應的緩慢熱力學過程，導致電解水產氫成本高，阻礙了其商業化進程。
本工作中，針對異質界面能量傳輸效率低的問題，團隊提出了新的調控策略，設置富電子的氮化鎳（Ni3N）和缺電子的氮化鈷（Co3N）之間形成增強的局域電場，然后引入元素錳作為電場引擎，以此進一步激活電子在雙相界面的重新分布。團隊發現Ni3N和Co3N屬于同一六方晶系，具有相似的單胞形狀和晶格參數，晶面間距非常相似，將這兩種晶格匹配的氮化物人為構筑在一起可以構建高質量的異質結構。
優異的電子傳輸效率對材料的電催化性能至關重要。為了探究兩相界面的電子轉移情況，團隊利用紫外光電子能譜與密度泛函理論計算，證實錳的引入激活了Ni3N-Co3N界面處的電子重排。這種電子重新分布類似于錳作為引擎，激活了界面處連續的電子流，極大的提高了電子傳輸效率。
引入錳元素示意圖。大連理工大學供圖
Mn@Ni3N-Co3N/NF電催化劑在整體肼裂解（OHzS）反應上實現了優異的性能，僅需要0.49 V電池電壓即可提供500 mA cm-2的工業級電流密度，并無衰減運行，超過了最近報道的先進OHzS系統。與傳統的電解水相比，降低電池電壓1.95 V，能量消耗降低53.3 %。
并且，團隊設計的泡沫鎳上原位生長的雙相金屬氮化物納米陣列對析氫反應和肼氧化反應有協同催化作用，在肼降解輔助制氫方面表現出色。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/ange.202401364
