一、研究背景

近年来，越来越多的人认识到电化学水分解是一种产生清洁、高效、可持续氢能的可行方法。水电解包括两个主要反应：阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）。OER是水电解过程中涉及的两个半反应之一。它涉及到两个氧键的形成和多个质子和电子的转移，这对反应动力学和催化效率有很大的影响。高效的电催化剂是加速OER的关键。人们普遍认为贵金属材料如RuO2和IrO2对OER具有较高的活性。然而，它们的使用受到高成本和自然界贵金属元素稀缺的限制。因此，地球上研究和开发的基本目标是研究丰富、经济高效的过渡金属基电催化剂。

近年来，人们开发了各种具有成本效益和易于获得的材料作为OER催化剂的替代品。这些材料包括过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu等）氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、碳化物等。其中硫系化合物，尤其是MSx，由于其优异的性能、稳定性和易于制备，具有广阔的应用前景。作为电催化水分解的重要半反应，由于其复杂的四电子转移过程和缓慢的O-O键形成步骤，需要较高的能量来驱动OER的发生。电催化剂能有效降低反应过电位，提高反应活性，其性能与活性位点数和本征催化活性有关。因此，通过可控制备具有高本构活性的材料和暴露更多活性区域，可以进一步提高OER反应性能。然而，这些电催化剂由于其相对缓慢的电荷转移能力和有限的活性位点暴露，往往不能满足商业需求。结构工程是增加电化学活性区域和暴露更多活性位点的有效途径。

为了提高硫族化合物的电催化性能，人们设计了多种纳米结构，包括纳米颗粒、纳米片、纳米线和纳米纤维。一维纳米纤维结构由于其相对较高的比表面积、丰富的活性位点和较短的电子转移途径，近年来获得了相当大的关注。具有一维结构的催化剂具有较大的表面积，使其能够吸附多种化合物。静电纺丝技术被认为是一种简单、通用、经济的大规模制备一维纳米材料的方法。静电纺丝生产的一维纤维材料具有比表面积大、化学成分、形态、纤维直径可调、孔隙率高等优点。这些特点使其在催化领域具有广泛的应用前景。本文采用静电纺丝、热退火和硫化等工艺制备了NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维。由于NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维独特的一维结构，它们表现出更好的电荷/传输性能和大量的电催化活性位点。纳米颗粒的堆叠构建了具有坚韧表面的NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维，暴露了丰富的界面活性位点，一维纳米结构有利于电荷的无障碍传输，加速了催化动力学Mn的引入来调节NiS2/NiS电子的结构，从而大大提高了OER性能。NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维在碱性电解质中表现出优异的电催化活性，驱动电流密度为20 mA cm−2，最小过电位为333 mV。此外，NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维即使在1000次循环后仍保持良好的耐久性。NiS2/NiS/Mn2O3催化剂具有独特的一维结构，有望成为贵金属OER催化剂的潜在替代品。

二、摘要

开发高效、经济的电催化剂是实现电催化水分解绿色氢经济的关键。本文报道了一种优异的催化剂——静电纺丝法制备一维NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维，该纤维在碱性溶液中表现出优异的电化学性能。我们探索了构建一维纳米结构和复合氧化物的有效策略，以提高过渡金属二硫族化合物的电催化性能。在电流密度为20 mA cm−2时，OER需要333 mV的过电位。此外，NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维即使在1000次循环后仍保持良好的耐久性。对NiS2/NiS/Mn2O3催化剂在20 mA cm−2条件下进行了12 h的长期电化学稳定性测试，电势保持在99.52%。因此，本研究表明NiS2/NiS/Mn2O3可以作为一种可行的绿色制氢电催化剂。

三、结论

采用静电纺丝设备制备了一维纳米结构NiS2/NiS/Mn2O3催化剂。NiS2/NiS/Mn2O3具有较大的比表面积，增加的电解质存储容量和最小的电子转移阻抗。在我们的实验中，一维NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维表现出出色的OER（析氧反应）活性。它们只需要333 mV的过电位就能达到20 mA cm - 2的电流密度，并表现出优异的稳定性。这项工作为构建耐用的OER催化剂提供了一个有希望的策略。

图1.NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维的制备示意图。

图2.MnNi2O4纳米纤维（a,b）， NiS2/NiS/Mn2O3纳米纤维（c,d）的SEM图像。

图3.MnNi2O4纳米纤维的透射电镜(a)和HRTEM图像（b-d）。MnNi2O4纳米纤维中O、Mn、S和Ni的对应元素映射（e-h）。