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近日，西安建大材料學(xué)院云斯寧教授團隊在無機非金屬新能源材料高效利用方面取得重要進展，相關(guān)研究成果以題為“1D/3D rambutan-like Mott–Schottky porous carbon polyhedrons for efficient tri-iodide reduction and hydrogen evolution reaction （1D/3D類紅毛丹狀Mott-Schottky多孔碳用于增強太陽能電池IRR和電解水析氫HER性能）”發(fā)表在國際化學(xué)工程領(lǐng)域權(quán)威英文期刊《Chemical Engineering Journal》上。

西安建筑科技大學(xué)為該論文完成單位，西安建筑科技大學(xué)材料學(xué)院碩士研究生孫夢龍為論文第一作者，西安建筑科技大學(xué)云斯寧教授為論文通訊作者。該研究工作受到國家自然科學(xué)基金、陜西省重點研發(fā)計劃國際合作項目、陜西省重點科技創(chuàng)新團隊資金的資助。

研究表明，通過對碳材料引入金屬納米粒子（如Fe， Co， Ni）和非金屬N構(gòu)建莫特-肖特基（Mott-Schottky）異質(zhì)結(jié)（Mott-Schottky heterojunction），可以建立有效的電子傳輸途徑；另外，構(gòu)筑具有分級多孔結(jié)構(gòu)的1D碳納米管、2D碳納米片以及3D碳多面體可為電荷轉(zhuǎn)移提供高效的傳輸路徑。目前，大多數(shù)工作已證實：多維Mott-Schottky型碳基催化劑對電化學(xué)反應(yīng)（如氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER））均具有良好的催化性能。然而，如何進一步設(shè)計和優(yōu)化多維Mott-Schottky異質(zhì)結(jié)型碳基催化劑的結(jié)構(gòu)，提升電子和反應(yīng)物質(zhì)傳輸性能，增強這種Mott-Schottky型碳基碳材料在碘還原反應(yīng)（Iodide reduction reaction, IRR）和析氫反應(yīng)（Hydrogen evolution reaction, HER）中的應(yīng)用仍是一個挑戰(zhàn)。

研究團隊提出了一種便捷的“金屬吸附-燒結(jié)”策略，用ZnCo-BZIF前驅(qū)體制備了具有Co|NC異質(zhì)結(jié)的多面體（Co-NCP/CNT），進一步以乙酰丙酮鎳為金屬離子前驅(qū)體并結(jié)合吸附-燒結(jié)策略，在Co-NCP/CNT中引入Ni形成NiCo合金，在3D多面體表面生長1D碳納米管CNT，構(gòu)筑了1D/3D類紅毛丹狀碳多面體（NiCo-NCP/CNT）。通過Mott-Schottky異質(zhì)結(jié)誘導(dǎo)NiCo|NC界面電子重分布，從而達到優(yōu)化催化位點的活性和反應(yīng)環(huán)境并促進電子轉(zhuǎn)移。這種采用金屬吸附-燒結(jié)策略構(gòu)筑的1D/3D類紅毛丹狀碳多面體（NiCo-NCP/CNT）擁有良好的電催化性能及電化學(xué)穩(wěn)定性。在NiCo-NCP/CNT作為IRR催化劑時，太陽能電池獲得了8.75%光伏效率；作為HER工作電極時，在電流密度為10mA cm

這項工作通過構(gòu)筑NiCo|NC Mott-Schottky異質(zhì)結(jié)，有效的調(diào)控電子傳輸行為并優(yōu)化了催化劑的電子結(jié)構(gòu)和活性位點，提升了IRR和HER催化活性。這項工作不僅為碳基催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了一項策略，而且為Mott-Schottky異質(zhì)結(jié)的界面優(yōu)化提供了研究思路。