氢能是一种理想的清洁能源和重要工业化学品。电催化分解水是公认的绿色制氢技术。尽管贵金属基的材料展现优异的催化性能，但其昂贵的价格限制了它们的应用。因此，大量研究人员致力于发展兼具高活性和稳定性的非贵金属水分解催化剂。近期，中国科学技术大学同步辐射实验室宋礼教授课题组与华东理工大学段学志教授以及挪威科技大学陈德院士合作，研究发展了一种独特了金属-金属氧化物-碳的三元界面结构催化剂，展现出了突出的水分解制氢性能。相关结果发表于国际著名期刊Materials Today (影响因子21.695), 论文第一作者为国家同步辐射实验室博士后江宏亮、博士生林运祥和华东理工大学博士生陈炳旭 （全文链接：Materials Today, 2018, DOI: 10.1016/j.mattod.2018.01.033）。
图1. 三元界面催化剂示意图
该研究通过对一种简单的镍基金属配合物进行可控热处理，得到了Ni-NiO-C的三元界面结构材料。同步辐射X-ray吸收谱分析证实了这种独特的、紧密耦合的三元界面结构。电化学实验显示合成的催化剂在碱性和中性电解液中均展现优异的催化性能，在电流密度10 mA cm-2的过电位分别为64和76 mV，处于当前报道的最优异的水分解制氢的非金属催化剂水平。进一步的第一性原理计算表明，Ni-NiO界面位点的决速步骤能垒明显低于纯Ni表面。周围的碳组分可以阻止Ni的深度氧化，保持三元界面结构，而非核壳结构。这个研究工作基于同步辐射的精细表征，结合理论计算，不仅提供了一种优异的制氢催化剂；更重要的是，为界面结构催化提供了一种完整全新的理解。
以上研究工作得到了科技部重点研发计划和青年973计划、国家自然科学基金、合肥大科学中心、纳米科学卓越中心、南开大学先进能源材料化学教育部重点实验室等项目和机构的资助。
