近日，我院新能源科学与工程专业2020级本科生陈汉阳在中科院1区TOP期刊Small（影响因子13.3）以第一作者身份发表了题为“Constructing CoO/Mo₂C Heterostructures with Interfacial Electron Redistribution Induced by Work Functions for Boosting Overall Water Splitting（构建由功函数诱导界面电子再分布的氧化钴/碳化钼异质结构促进整体水分解）”的研究论文（Small, 2023, 2304086）。纺织服装学院杨磊副教授与我院龙云泽教授同为该论文的通讯作者。

为了满足现代社会的能源需求，寻求可持续、清洁和高效率的能源生产尤为重要。电解水是一种高效的可持续氢生成途径，被认为是未来可再生能源生产、储存和使用的有效方法。电解水由两个半反应组成，分别是阴极析氢HER和阳极析氧OER。其中HER是两电子转移反应，而OER是一个四电子-质子耦合反应，需要更高的能量（更高的过电位）。由于存在HER和OER过电位，水的实际分解电压远高于理论分解电压1.23V。高效催化剂的设计和合成是提高水电解制氢能效的关键。目前最有效的催化剂是贵金属铱和钌的氧化物，但其稀缺性和高成本严重限制了其大规模应用。近年来，具有显著催化活性的材料，如钙钛矿、尖晶石、层状结构类型材料、金属硫族化物、金属氮族化物、金属有机化合物、非金属电催化剂等已被大量报道。

功函数诱导内建场驱动的异质结构空间电荷转移可以调节催化剂的电子结构以提高催化活性。该论文采取了一种新的自上而下的策略构建外延异质结催化剂CoO/Mo₂C，其界面电子再分配诱导的功函数用于降低HER和OER过电位，提高整体水分解。理论模拟和实验结果表明，功函数诱导的内建场通过在CoO/Mo₂C界面形成的“Co─C─Mo”键促进了电子从CoO向Mo₂C的转移，实现了界面电子的重新分布，进一步优化了原始反应步骤的吉布斯自由能，从而加速了析氢反应HER动力学。正如预期的那样，具有界面效应的CoO/Mo₂C表现出优异的析氢反应HER催化活性，仅需要107 mV的过电位即可达到10 mA cm⁻²，并且连续稳定催化60小时。此外，组装的CoO/Mo₂C表现出优异的整体水分解性能（10 mA cm⁻²条件下HER和OER的过电位分别为107和250 mV，水的实际分解电压为1.58V）。这一工作为基于内电场引起的界面效应设计材料提供了一种新的可能性，并可应用于其它领域。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202304086