近日，中科院理化所研究員張鐵銳團隊成功合成一種高效電解水催化劑，實現(xiàn)了低電壓下高效活化水分子，為未來解決氫能危機提供了可能。相關研究結果發(fā)表在國際化學領域?qū)W術期刊《美國化學學會會刊》（JournaloftheAmericanChemicalSociety,JACS）上。

　　二維納米材料因為具有獨特的超薄納米結構和優(yōu)越的導電性，引發(fā)了材料學家的廣泛關注。而水滑石（LDH）作為自然普遍存在的礦物黏土，其結構可控、易于工業(yè)化，已在瀝青耐老化紫外阻隔劑、塑料農(nóng)膜紅外吸收劑、PVC熱穩(wěn)定劑以及涂料、工業(yè)廢水吸附劑、工業(yè)催化劑等方面實現(xiàn)應用。

　　多年來，張鐵銳帶領團隊圍繞一種被稱為“水滑石（LDH）”礦物黏土的納米結構開展了深入研究。該項研究中，研究人員通過精準調(diào)控水滑石前體形貌，經(jīng)高溫煅燒合成了超薄超小NiO/TiO2異質(zhì)納米結構。

　　據(jù)該論文第一作者趙宇飛博士介紹，這一結構在電催化分解水產(chǎn)氧方面展現(xiàn)了優(yōu)越的催化性能。精細結構表征表明，這一結構不僅具有活性面，還伴隨了鎳空位的存在，有利于和水分子的鍵合。而異質(zhì)結構豐富的界面則進一步促進了電催化分解水產(chǎn)氧的反應進行。

　　同時，研究證實，該催化劑合成方法簡單、采用自然界儲量豐富的非貴金屬作為原料，所獲得的超薄超小NiO材料在電催化分解水、電容器等方面具有應用價值，也適用于制備其他金屬氧化物納米片電催化劑。

　　此前，該研究小組通過調(diào)控水滑石納米材料的堆疊厚度，實現(xiàn)了光催化還原二氧化碳。并以水滑石為載體，通過高溫氨化，實現(xiàn)了全分解水納米Ni3FeN電催化劑，有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。研究人員還通過高溫還原制備了界面豐富的Ni/NiO異質(zhì)納米結構，在可見光驅(qū)動CO加氫制備高級烴方面實現(xiàn)了突破。此外，研究人員還圍繞水滑石基納米結構轉(zhuǎn)變?yōu)榈铩⒀趸锏耐負溥^程，從原子層次深入揭示了催化材料結構與性能的關聯(lián)，所獲得的催化材料在光電催化方面顯示了極強的結構可調(diào)優(yōu)勢，為設計高性能光電催化材料提供了思路。

　　相關研究工作得到了科技部國家重點基礎研究計劃、國家自然科學基金委優(yōu)秀青年科學基金項目、國家自然科學基金委青年基金項目、國家萬人計劃-青年拔尖人才支持計劃、中國科學院前沿科學重大突破項目的大力支持。

　　原標題:科學家成功合成新型電解水催化劑