Nano Res.[催化]│南开大学卜显和教授/朱剑教授：静电组装纳米结构薄膜促进电解水

化石燃料的日益消耗以及环境的恶化不断推动清洁和可再生能源的发展。电化学水分解因其可以产生清洁、高纯度的氢气成为人们关注的焦点。除了对高效析氢和析氧电催化剂的设计，越来越多的研究者致力于探索开发高效电极的构筑方法。滴涂法是最常用的电极制备策略，但仍面临诸多问题，例如活性位点的堵塞、电催化剂和基底之间的高电阻、电极表面浸润性降低和电催化剂脱落等。作为一种选择，通过水热/溶剂热法直接在导电基底上生长二维纳米材料，可以充分暴露活性位点、提高材料稳定性。但这种生长方法依赖于基板表面，缺乏可扩展性，限制了其实际工业应用。因此，需要采用一种简便的策略来实现二维电催化剂在任意导电基板上的有序组装，从而提升质量活性和稳定性。

本文中，我们利用二维NiFe-LDH纳米片作为电催化剂，证明了通过静电自组装的纳米薄膜电极可以显著增强电催化活性。采用层层自组装（LbL）的方法，可以精确测量沉积层数与性能的关系。受益于充分暴露的活性位点，良好的界面亲水性和增强的电荷传输，所制备的NiFe-LDH薄膜具有显著增强的OER性能。在过电位为350 mV时，其质量活性可达2.267 mA μg^-1，比传统滴涂制备的电极高出近19倍。采用LbL方法可以进一步将NiFe-LDH纳米片均匀沉积在多孔碳纸上，在100 mA cm^-2的电流密度下具有优异稳定性。此外，由NiFe-LDH纳米片和Pt-C纳米颗粒交替组装而成的双功能电极，在较低电位下可以驱动水分解，优于机械混合材料和商业RuO₂||Pt-C催化剂。

朱剑，南开大学教授。2013年在美国密西根大学安娜堡分校获博士学位，师从Nicholas A. Kotov 教授；同年加入美国西北大学Mark C. Hersam教授课题组开展博士后研究。2017年7月任南开大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。主要从事纳米材料的合成和组装方面的研究，并探索其在高性能复合材料、信息器件及能源器件等方面的应用。在Nature,Adv. Mater.,Angew. Chem.,Nano Lett.,ACS Catal.等期刊发表SCI 论文60余篇。

卜显和，南开大学教授。现任南开大学材料科学与工程学院院长。1986和1992年先后在南开大学获理学学士和博士学位。毕业后留校任教，1995年起任教授。2002年获国家杰出青年基金，2014年任英国皇家化学会会士(FRSC)，2021年当选中国科学院院士。长期从事功能配合物化学研究。以第一完成人获2014年度国家自然科学二等奖、2018年度天津市自然科学特等奖、2002及2011年度天津市自然科学一等奖等。在Nat. Commun., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem., ACS Catal. Chem. Sci., Chem. Soc. Rev.等高水平国际学术期刊上发表超过400篇SCI收录论文，其中影响因子大于4.0的论文600余篇，论文被引用28000余次，H值为94，获中国发明专利授权21项，参编相关专著与教材6部。入选2021年JCR高被引科学家，2022年科睿唯安高被引科学家。