电催化析氢反应研究：开发廉价高活性催化剂的挑战与进展

电催化析氢反应研究：开发廉价高活性催化剂的挑战与进展

研究背景

电催化析氢反应（HER）是通过水分解生产高纯度廉价的氢气，这对于发展氢经济以及可持续能源的储存、运输和化学生产至关重要。过去的研究表明，该过程和塔菲尔过程是 HER 中两个关键但缓慢的步骤。研究人员开发了多种不同的电催化剂来加速这些步骤，而镍基催化剂是研究最广泛的材料之一。Ni 与其他金属、氧化物、氮化物或磷化物的结合通常可以形成多功能异质结并显着增强氢气的释放。

尽管取得了这些进展，但与铂基电催化剂相比，目前的电催化剂在活性方面仍有提升空间，并且通常仅在较窄的 pH 范围内表现出催化活性，因此开发在较宽 pH 范围内表现出高活性的廉价催化剂仍然是一个巨大的挑战。

简单的介绍

近日，美国北伊利诺伊大学程教授团队报道了镍基催化剂在HER领域的最新研究成果。

本文制备了一种由纳米团簇和多晶Ni纳米晶形成的非常规异质结构电催化剂，与电化学嵌锂方法不同，这种异质结构可以通过熔融的Li与石墨烯或镍泡沫上负载的NiO颗粒发生反应的化学锂化方法形成。

形成的异质界面具有更洁净的表面和具有强Brønsted碱的晶格氧物种，在中性和碱性条件下加速H-OH分解过程。同时化学锂化导致大量粒子碎片，与Ni界面紧密结合并产生活性位点，从而促进Had-Had偶联和氢的脱附。催化剂在酸性、中性和碱性条件下均能实现10 mA cm-2的电流密度，而过电位仅为20、50和36 mV。

研究成果以“/Ni with Basic with Pt-like”为题于2020年2月22日发表在国际期刊《化学学报》上。

文章解读

图1 /Ni异质结的合成及结构表征示意图

图2 Ni/O异质结的XPS、Raman和EXAFS表征

图3 /Ni异质结HER性能表征

图4 不同镍基催化剂的HER性能对比及锂浸出后催化剂的SEM图像

【文献链接】

/Ni 与碱性与类铂

（摘自，2020，DOI: 10.1021/jacs.）

原文链接：

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