低成本硫化镍，由于其独特的结构和良好的导电性，成为碱性介质中一类优秀的HER和OER催化剂。然而，硫化镍的比表面积低和动力学差等缺点严重阻碍了其电化学性能的进一步提高。因此，研究人员利用创建中空结构、改善润湿性、构建多相硫化物等手段提升其性能。即使如此，这些单组分催化剂也无法同时实现HER和OER性能的同时提高，因为很难同时调节氢和氧中间产物之间的相互作用，从而有效地实现全水分解。近年来，研究人员注意到磁场下自旋极化对电化学反应的重要性。虽然现有的“磁效应”催化剂的磁场增强效果明显，但由于自身活性的限制，整体催化性能仍不尽人意。更重要的是，这些催化剂大多只针对单一反应的增强。因此，利用磁场同时增强高活性硫化镍催化剂的HER和OER性能，对工业应用具有重要意义。

哈尔滨工业大学徐平教授课题组报道了一种双功能钼掺杂硫化镍负载在泡沫镍上（Mo-NiS_x/NF）的催化剂，用于磁场增强碱性条件下的全水分解。适当的Mo掺杂可以优化NiS_x的电子结构，分别加速了HER和OER过程中H₂O的解离和OH^-的吸附。此外，磁活性Mo-NiS_x/NF可以通过磁阻效应和铁磁（FM）交换场穿透效应进一步增强外加磁场下的HER和OER活性。结果表明，Mo-NiS_x/NF在OER和HER的过电位分别为307 mV@50 mA cm^-2和136 mV@10 mA cm^-2。此外，双功能Mo-NiS_x/NFs作为阴极和阳极构建的电解槽在10 mA cm^-2的电流密度下的电位为1.594 V，在磁场作用60小时仍然具有相当的稳定性。通过合理设计电催化剂，同时利用外加磁场增强HER和OER过程，有望在整体水分解中得到应用。该成果以“Magnetic field-enhanced water splitting enabled by bifunctional molybdenum doped nickel sulfide on nickel foam”发表在Carbon Energy 上。

1. 采用原位自发氧化还原法和后续的硫化制备了负载在泡沫镍基底上的钼掺杂硫化镍（Mo-NiS_x/NF）双功能HER和OER自支撑铁磁性电极，具有优异的水分解性能。

2. Mo掺杂后NiS_x的电子结构优化，有效地加速H₂O的解离和OH^-的吸附。

3. 由于磁阻效应和铁磁交换场穿透效应，外加磁场可进一步提高催化剂的HER和OER性能。

图1 (A) Mo-NiS_x/NF制备流程图; (B-D) NF、NiMoO_x/NF和Mo-NiS_x/NF的SEM图像。(E-G) Mo-NiS_x的TEM和HRTEM图像; (H-K) STEM图像以及单个针状Mo-NiS_x的Ni、S、Mo元素Mapping。

图2  (A) NiS_x/NF和Mo-NiS_x/NF的XRD图谱和(B) Raman光谱; (C) Mo-NiS_x/NF在室温下的磁滞回线; NiS_x/NF和Mo-NiS_x/NF的(D) Ni 2p、(E) S 2p和Mo-NiS_x/NF的(F) Mo 3d的XPS谱。

图3 (A)和(D)HER和OER极化曲线; (B)和(E) Tafel斜率; (C)和(F) Nyquist曲线; (G) NiS_x/NF和Mo-NiS_x/NF的Cdl值。NiS_x/NF和Mo-NiS_x/NF在(H) -10 mA cm^-2和 (I) 50 mA cm^-2的恒流测量。

图4 (A)不同磁场下Mo-NiS_x/NF的HER非IR校正极化曲线; (B)相应的Tafel斜率; (C) Nyquist曲线; (D)不同磁场下Mo-NiS_x/NF OER的非IR校正极化曲线; (E)相应的Tafel斜率，(F) Nyquist曲线; (G) 1.0 M KOH中Mo-NiS_x/NF||Mo-NiS_x/NF电解槽在不同磁场作用下电解水的极化曲线; (H)在10000 G磁场下，Mo-NiS_x/NF在1.594 V下电解60 h的全水分解I-t曲线。

图5  (A) Mo-NiS_x/NF的磁电阻; (B)铁磁交换场穿透作用下自旋依赖电子通过para-layer转移到阳极的示意图, 吸附氧中间体的自旋电子可以在较低的能垒下被选择性去除; (C) Mo-NiS_x/NF在10 K和300 K的磁滞回线; (D) HER和OER后Mo-NiS_x/NF的磁滞回线。

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