开发坚固、高效、非贵金属的析氢/析氧反应（HER/OER）电催化剂是实现氢能产业化的关键。

基于此，天津大学Yida Deng，Xiaopeng Han，Xuerong Zheng报道了采用一种简便的方法在泡沫镍上生长了单原子W掺杂NiS_0.5Se_0.5纳米薄片@NiS_0.5Se_0.5纳米棒异质结构（W-NiS_0.5Se_0.5）。W-NiS_0.5Se_0.5对HER和OER具有较高的活性和良好的稳定性，优于商用Pt/C和IrO₂催化剂以及许多最近报道的过渡金属基电催化剂。

文章要点

1）为了研究W-NiS_0.5Se_0.5的形成机理，采用了不同的反应时间。在第一阶段中，形成了互连的NiS纳米棒。然后，这些纳米棒与Se²⁻反应生成团聚的NiS_0.75Se_0.25纳米棒。随后，硒化继续生成NiS_0.5Se_0.5纳米棒。在第四阶段，由于晶格匹配原理，溶液中的Ni²⁺、S²⁻和Se²⁻离子形成纳米薄片，包裹了NiS_0.5Se_0.5纳米棒。最后，W原子取代了NiS_0.5Se_0.5纳米片中的Ni原子，形成了W单原子NiS_0.5Se_0.5纳米片包裹NiS_0.5Se_0.5纳米棒的异质结构。

2）W-NiS_0.5Se_0.5催化剂的优异稳定性可以归因于W和S/Se原子之间的强相互作用以及W提供的附加吸附位，从而加速了HER。此外，单原子W的自旋态导致Ni的自旋态离域，导致Ni d-电子密度增加，从而改善了催化剂的氢吸附/脱附行为，并显著降低了速率决定步骤（O*→OOH*）的吸附能。

3）研究人员还证明了用来合成单原子W掺杂NiS0.5Se0.5的策略可以扩展到将单原子W掺杂到其他TMC材料中，如NiS_xSe_1-x（x=0，0.25，0.75和1），以达到改善HER/OER活性的目的。

本研究将为设计高活性、高稳定性的水分子裂解非贵金属催化剂开辟一条新的途径。

参考文献

Yang Wang, et al, Highly Active and Durable Single-Atom Tungsten-Doped NiS_0.5Se_0.5 Nanosheet@NiS_0.5Se_0.5 Nanorod Heterostructures for Water Splitting, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202107053

https://doi.org/10.1002/adma.202107053