随着全球能源危机和环境污染问题的日益严峻，开发可持续清洁能源成为科学研究的热点。水分解作为一种高效、清洁的能源转换技术，能够将水分子分解为氢气和氧气，为能源存储和转换提供了理想途径。然而，水分解反应包括氧的进化反应（OER）和氢的进化反应（HER），这两个反应的动力学缓慢，需要高效的电催化剂来降低反应过电位。传统上，贵金属如铂、铱等因其出色的催化活性而被广泛研究，但高昂的成本和稀缺性限制了它们的大规模应用。因此，开发非贵金属、低成本、高效的电催化剂成为当前研究的重点。
2020年，天津大学邓意达、陈亚楠教授团队在《Nano-Micro Letters》上发表了题为“Thermal Shock-Activated Spontaneous Growing of Nanosheets for ，Overall Water Splitting”的论文。本研究提出了一种基于镍泡沫（NF）的纳米材料的快速、简便且低成本的合成方法，以应对能源转换与存储领域中对高效电催化剂的需求。针对传统水热合成方法存在的成本高、操作危险且不利于规模化生产的问题，本文采用焦耳加热结合水浸泡处理技术，成功合成了具有核壳异质结构的NF-C/CoS/NiOOH纳米材料。通过焦耳加热数秒并迅速冷却，实现了在NF上原位生成薄层碳包覆的CoS（NF-C/CoS）。随后，将NF-C/CoS进行水浸泡处理，自发形成了覆盖在其上的NiOOH纳米片，构建了核壳结构。文中提出了可能的形成机制：在焦耳加热的驱动下，配位复合物前体转化为C/CoS，同时NF表面的镍被激活形成亚稳态镍。亚稳态镍与水反应生成NiOOH，而CoS的存在促进了NiOOH的持续生长。这种合成技术不仅开辟了制造基于NF的纳米结构的新途径，而且所制备的NF-C/CoS/NiOOH展现出作为氧进化反应（OER）和氢进化反应（HER）电催化剂的巨大潜力，为能源转换与催化领域带来了新的发展机遇。
图1展示了NF-C/CoS/NiOOH的合成策略和制备过程。
通过焦耳加热技术，钴-硫脲配位复合物在镍泡沫上原位转化为掺杂碳包覆的CoS（NF-C/CoS），进而通过水浸泡处理，促使NiOOH纳米片自发生长，形成了具有核壳结构的NF-C/CoS/NiOOH。SEM图像c1、c2和c3分别展示了NF前驱体、NF-C/CoS和NF-C/CoS/NiOOH的微观结构。
图2利用透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像揭示了NF-C/CoS和NF-C/CoS/NiOOH的微观结构。
HRTEM图像和选择区域电子衍射（SAED）模式证明了CoS的晶体相和NiOOH的低晶性相。元素映射进一步展示了CoS纳米颗粒和C/NiOOH层状纳米片的核壳异质结构。
图3通过拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析了样品的化学组成和价态。
XPS详细谱图显示了N-、S-、O掺杂碳的存在，以及CoS和NiOOH的化学状态，证明了NF-C/CoS/NiOOH中Co和Ni的氧化态。
图4为NF-C/CoS/NiOOH纳米片生长机制的示意图，阐释了焦耳加热和钴-硫脲配位复合物如何激活NF表面镍，形成亚稳态镍，并与水反应生成NiOOH纳米片，以及CoS表面硫与水的氧键合促进了NiOOH纳米片的持续生长。
图5展示了NF-C/CoS/NiOOH的电化学性能测试结果。
极化曲线、Tafel斜率和双电层电容（Cdl）测试表明，NF-C/CoS/NiOOH在OER和HER中都展现出了优异的电催化活性和稳定性。这些结果证明了NF-C/CoS/NiOOH在整体水分解中的高效性能。
Han Wu, Qi Lu, Jinfeng Zhang, Jiajun Wang, Xiaopeng Han, Naiqin Zhao, Wenbin Hu, Jiajun Li, Yanan Chen & Yida Deng. Thermal Shock-Activated Spontaneous Growing of Nanosheets for Overall Water Splitting. Nano-Micro Lett. 12, 162 (2020). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00505-2
