钟文武教授在新型电催化材料研究中取得突破

近日，雪缘园比分直播环境与能源材料研究所钟文武教授在老牌顶级化学期刊《Angewandte Chemie-International Edition》（IF：12.959）发表题为“Coupled vacancy pairs in Ni-doped CoSe for improved electrocatalytic hydrogen production through topochemically deintercalation”的研究论文。钟文武教授为第一作者兼通讯作者，雪缘园比分直播学院为唯一通讯单位。
    氢气是一种理想的清洁能源，具有燃烧热值高、产物无污染的优点，有望取代化石燃料，解决日益严峻的环境和气候问题。电解水由于不受天气、时间等因素限制，具有广阔的应用前景。直接电解水的过电位很高，造成电能的浪费，需要催化剂辅助。设计开发新型的电催化剂材料，降低电解水的过电位，对国民经济、绿色能源等领域具有重要意义。
    在众多设计电催化剂的技术路线中，“缺陷工程”是重要手段之一，在高性能电催化剂的设计中起着至关重要的作用。而空位作为一种基础缺陷，对其研究具有重要的理论和实用价值。近日，钟文武教授创新地通过一种特殊的化学脱嵌方法，在四方相Ni掺杂CoSe中引入了耦合的阳离子空位对，提高了四方相CoSe电解水的活性。在原始的CoSe中，Se原子对质子的亲和力低，导致超过1.2 eV的自由能变化DG。高DG值意味着质子捕获困难。 Ni掺杂CoSe、Ni掺杂CoSe +单空位样品中，DG分别向下移动至1.00、0.47，但仍然不足。幸运的是，Ni杂原子和足够的Co空位的组合导致HER活性的优化，对于CoSe +耦合双空位样品，DG可以降级至-0.02 eV，接近理想值零。CoSe +耦合双空位样品的H-Se相互作用能为0.45 eV，与原始CoSe的1.84 eV相比显着降低。Co^{2 +}的最外层电子构型为3d7（t2g5e2g2），具有高自旋态。因此，Co^{2 +} d轨道中的对称电子不饱和，易于通过电子转移与?H自由基相互作用。同时，Ni^{2 +}中的电子构型已饱和，表明它很难与化学自由基相互作用。当Co^{2 +}和Ni^{2 +}耦合在一起时，由于Ni^{2 +}对?H自由基的排斥作用，Co^{2 +}和?H自由基之间的相互作用将得到增强，这可以促进H₂的生成。
    该工作得到了国家科技部重点研究开发项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
    论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202011378