第一作者：Jie Liang

通讯作者：Fenggang Liu,  Dongwei Ma，Xuping Sun

通讯单位：广州大学

研究内容：

选择性双电子氧还原反应(2e^- ORR)代表了一种绿色的、温和的、现场合成过氧化氢的方法。然而，其实际可行性取决于电催化剂先进技术的发展，并且在酸性条件下，对过氧化氢发电的非贵金属基材料的研究有限。本文作者在这里首次介绍了NiS₂纳米片（NiS₂NSs）作为酸性条件下2e^- ORR的高效电催化剂。在0.05M硫酸中，NiS₂催化剂显示出约130mV的起始过电位，并且具有高选择性(过氧化氢百分比高达 99%)。此外，在H-电池试验中，在0.456V和0.156V时，NiS₂催化剂获得了最大的法拉第效率（为98%），过氧化氢产率最高（为109ppm h^-1）。作者通过理论计算，揭示了其催化机理。

要点一：

纳米结构的硫化镍基催化剂为强酸性电解质中的强电催化剂。此外，在过渡金属中，镍对原子和分子氧具有较好的吸附能力。作者探索了在酸性介质中使用NiS₂作为2e^- ORR的电催化剂（不使用碳载体），该催化剂还具有良好的电化学稳定性。

要点二：

作者通过其氢氧根前驱体低温硫化反应策略合成了表面粗糙多孔的NiS₂ NSs。通过理论计算表明，相邻Ni位点之间的大间距使得OOH*的电还原和OOH*的化学解离在动力学上都不利于产生O*，所以这是NiS₂对2e^- ORR的选择性很大原因。

图1：(a) NiS₂的XRD谱图和(b) Raman谱图。(c) NiS₂的SEM图像和(d) TEM图像。(e) NiS₂的HRTEM图像。(f) NiS₂的S和Ni的STEM和相应的EDX元素映射图像。(g) NiS₂的Ni 2p和(h) S 2p XPS谱。

图2 ：(a) NiS₂在饱和O₂、0.05 M H₂SO₄电解质中1600转/分钟时的极化曲线。(b)基于0.05 M H₂SO₄和0.10 M HClO₄ O₂饱和电解质中RRDE的测量，插图为NiS₂的H₂O₂选择性和电子转移数。(c) NiS₂在0.05 M H₂SO₄和0.10 M HClO₄ O₂饱和电解质中的Tafel图。(d)不同扫描次数后的选择性。(e) NiS₂和其他近期报道的催化剂在酸性介质中的H₂O₂选择性。

图3：NiS₂在两室电池中的电化学测试。(a)在O₂ 饱和0.05 M H₂SO₄中，不同电位下的NiS₂/CP时间电流曲线。(b)硫酸铈指示剂在不同电位下染色1小时的紫外-可见吸收光谱。(c)在每个给定电位下，FEs和H₂O₂在NiS₂/CP上的产率。(d)不同电极在0.356 V（vs RHE）条件下电解1 h后产生的H₂O₂量。(e) NiS₂/CP在0.356 V下回收稳定性试验9次。(f) NiS₂/CP在0.356 V（vs RHE）饱和氧电解质中电解24000 s时的计时电流曲线。

图4 ：(a) Ni_T位点U_O2/H2O2 = 0.70 V处2e ORR理论过电位(黑线)和平衡电位(红线)的自由能图。(b)吸附OOH在Ni_T部位的侧视图。(c) OOH*分解为O*+ OH*的最小能量路径。

参考文献： 

Liang J, Wang Y, Liu Q, et al. Electrocatalytic hydrogen peroxide production in acidic media enabled by NiS₂  nanosheets [J]. Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9 (10):6117.