滕飞教授， Chemical Engineering Journal观点：多界面电子传输和分子吸附显著促进析氢反应

第一作者：张昕宇

通讯作者：滕飞*

单位：南京信息工程大学

氢能作为一种高能量密度清洁能源，成为化石燃料的理想替代品，但传统制氢方案如煤气化工艺，会产生大量污染物严重影响空气质量。而电解水制氢，无污染且原料丰富，但其阳极缓慢的四电子反应，严重减缓反应进程。目前研究表明，稳定、高效的多组分催化剂可以明显降低反应能垒，从而促进产氢反应。本文观点从实验结果和DFT理论计算，揭示了界面电子传输和分子吸附对高效电催化剂的影响规律；同时，通过构建使用不同阴阳极的不对称电解槽，进一步降低了反应能耗。本文为未来设计高效多界面电催化材料提供了参考，有助于电解水制氢的基础研究及实际应用。

近日，来自南京信息工程大学的滕飞教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Effect of multi-interface electron transportation and molecule adsorption on hydrogen evolution reaction”的观点文章。该观点文章揭示了多界面电子输运和分子吸附对析氢反应的影响规律，同时构建了不同阴阳极材料的不对称电解槽，为未来设计高效电催化剂和节能电解槽提供基础。

常见的电催化材料通过调控硫、氧空位浓度、原子掺杂等方式降低电催化反应能垒。最近的研究表明，构建多界面材料可以显著降低能垒。本工作构建了CoP₃-FeOOH-Ni₂P-C₃N₄ (CoFeNiC) 多界面材料，DFT计算结果表明，FeOOH、Ni₂P 与C₃N₄间有较大功函差值，有效促进了电子从FeOOH、Ni₂P转移至C₃N₄。DFT吸附能结果表明，这四组分均对H₂O、OH^-、H⁺具有理想的吸附和解离能，其中，CoP₃具有很强的吸附能力。这四组分的协同作用显著提升了CoFeNiC的析氢能力，仅需17 mV电流密度即可达到10 mA cm^-2，且其法拉第效率高达94.8%。

大多数不对称电解槽，均通过使用不同酸碱性/浓度的电解液或使用离子交换膜，阴阳极使用相同催化材料。本工作尝试了在1 M KOH电解液中，分别以具有优异析氢性能的CoFeNiC为阴极，具有优异析氧性能的NiFe-LDH为阳极，构建了不对称电解槽。结果表明，当电流密度达到150 mA cm^-2时，该不对称电解槽相对于NiFe-LDH电解槽的池电压可减少11.67%。在高电流密度运行下，该不对称电解槽连续运行8h后，具有较高稳定性。

当前对多界面电子输运和不同阴阳极的不对称电解槽的研究仍然有限，这也是未来研究的一个潜在方向。在以往多应用于光催化调节能带结构，对多界面材料在电催化过程中促进电子传输的作用研究，逐渐深入。但仍需进一步使用原位表征手段，精准研究多界面电子传输机制。此外，不对称电解槽如何降低池电压，除阴阳极使用不同材料外，电解液浓度、酸碱度等因素是否也会影响池电压，均是未来的研究方向，以促进电解水制氢的实际应用。

”Effect of multi-interface electron transportation and molecule adsorption on hydrogen evolution reaction”

滕飞教授简介：2005年博士毕业于中国科学院大连化学物理研究所，随后在清华大学、韩国亚洲大学、密歇根大学从事博士后研究。2011年加入南京信息工程大学环境科学与工程学院/教授、博导。长期从事先进材料、能源器件和光/电催化开发。以通讯作者身份在Nano Energy, Appl. Catal. B, Environ. Sci. Technol, Sustain. Mater. Technol.，Adv. Energy Mater., Adv. Mater.等期刊已发表SCI收录论文200余篇。

南京信息工程大学2020级大气环境专业本科生，目前一作1篇，共同一作发表SCI论文1篇，共同作者5篇。主持国家级大创项目1项，获国家级奖2项，省级1项，校级10余项。2024年9月将赴美国普度大学攻读博士学位。

课题组成立于2011年，主要在人才培养方面，业绩显著。已培养博士、硕士、本科生等近70人。截止目前，已帮助和培养20余名学生赴英（如帝国理工、UCL等）、美（如加州大学洛杉矶分校、埃默里大学等）、德国（如慕尼黑大学）、新加坡（如南洋理工）、韩国（如国民大学）、香港（如香港科技、香港大学等）、澳门大学等名校深造，10余名学生赴同济、中山、南大、清华、复旦、川大、厦门大学等高校深造。欢迎热爱科研的广大学生加入！