随着全球能源危机和环境问题的不断加剧,无污染、清洁、可再生能源的开发与探索是极其重要和紧迫的。氢气被认为是一种很有前途的能源，源于其最高的能量密度和完全洁净的产品。电化学分解水(HER)已经被认为是最环保的氢能源生产技术之一。值得注意的是电解水的效率是由电催化剂的物理化学和电化学性质决定的。尽管电催化剂在商业金属铂和铂基贵金属方面取得了极大的成功，但是由于耐受性、地壳丰度低和成本高使得它们的应用仍然受到市场的阻碍。在这方面，低成本过渡金属化合物,如金属氧化物，金属氢氧化物，金属氮化物，金属硒化物和金属硫化物正在广泛地出现被利用。各种金属硫化物如MoS₂、Ni₃S₂、Co₉S₈、WS₂和FeS₂分别有望取代铂和铂基贵金属作为电解水制氢的催化剂。

基于此，中国科大朱俊发教授团队首次采用氮掺杂调节FeS₂的能带结构和电子态以提高N-FeS₂在碱性介质中的HER催化活性。研究团队通过在氨气氛围下成功合成了氮掺杂FeS₂纳米粒子电催化剂（图1）。将制备的N-FeS₂与纯FeS₂进行比较，得到了较好的电化学性能（图2），N-FeS₂催化剂表现出更优异的HER性能，较低的塔菲尔斜率(~124 mV dec^-1)和过电势(~126 mV at 10 mA cm^-2)，在碱性条件下具有较好的电化学稳定性。

图1. N- FeS₂样品制备的反应路径。

图2. FeS₂和N-FeS₂的电化学性能展示。

相关研究成果发表在J.Energy Chem.期刊上，研究表明，调节电催化剂的电子态和能带结构对设计优良的析氢反应及其他催化剂提供有价值的指导。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金等经费来源的支持。(文/图 中国科大)