天津理工丁轶/韩久慧AFM ：纳米多孔镍异质妄想电极的自限分解及高效催化制氢 – 质料牛

【下场简介】

电解水制氢是天津实现绿色电能消纳同时后退可再沉闷力利勤勉用的实用道路。其中，理工料牛高功能电极质料的丁轶多孔研发是突破电解水制氢技术瓶颈的关键。在泛滥非贵金属中，韩久慧A化制过渡金属Ni被以为是纳米镍异最具后劲的碱水电解制氢催化剂之一。可是质妄自限，纯金属Ni催化活性较差，想电效催而且纳米Ni在空气中易自燃的极的及高清静性下场极大限度其进一步运用。

近期，分解天津理工大学丁轶教授以及韩久慧教授团队经由纳米多孔化以及自限氧化相散漫的氢质策略，乐成开拓了一种具备三维详尽核壳妄想的天津纳米多孔Ni/NiO异质妄想电极。这一妄想不光怪异地处置了纳米镍在空气中自燃的理工料牛下场，同时依靠Ni-NiO的丁轶多孔协同共催化熏染实用后退了其本征催化活性，并进一步经由双不断妄想修筑后退了活性位点的韩久慧A化制利勤勉用。因此，纳米镍异该电极揭示出了优异的碱性电解水制氢（HER）催化功能。该钻研下场以 “Self-limited formation of nanoporous nickel heterostructure catalyst for electrochemical hydrogen production” 为题宣告在Advanced Functional Materials上。论文第一作者为天津理工大学钻研生乔琳以及习聪博士。 

【中间发现】

1．经由情景操作实现为了纳米镍的自限氧化机制（self-limiting oxidation），使患上纳米多孔Ni的概况可能原位组成仅3 nm厚的平均NiO薄层，后退了Ni在空气中的晃动性，且在持久贮存历程中无妄想以及功能衰变。

2．散漫脱合金三维妄想修筑以及自限氧化措施组成异质妄想，乐成开拓了纳米多孔Ni/NiO异质妄想电极。在碱性电解质中，该电极泛起出比纳米多孔Ni以及商业Pt/C更优异的电催化活性。

3.DFT零星剖析了Ni/NiO对于碱性HER反映的协同催化熏染：（1）Ni/NiO领土配合的活性位点清晰提升了H₂O的吸附强度；（2）领土处O以及Ni协同影响H₂O吸附分解的全部历程，飞腾反映能垒；（3）概况O为H提供了更适宜的适宜Sabatier纪律的活性位点。

4.该钻研提出的自限氧化机制可能扩展到其余纳米妄想活性过渡金属催化剂，为开拓先进金属/氧化物异质妄想催化剂提供了新的思绪。

【图文简介】

图1  电极制备流程及碱性HER展现图

图2  纳米多孔Ni/NiO异质妄想（np-Ni/NiO）电极的妄想以及化学表征

(a) 活性纳米多孔Ni(np-Ni)在空气中的自燃历程及XRD表征

(b) np-Ni自燃后的截面SEM图像（左）以及SEM-EDX元素图谱（右）

(c) 自燃后np-Ni近概况以及外部地域的SEM图像

(d) 经由自限氧化机制组成的np-Ni/NiO电极的照片

(e) 差距氧化光阴下np-Ni/NiO电极的XRD表征

(f) np-Ni/NiO电极品质随氧化光阴的变更纪律，展现出自限氧化行动

(g) 差距氧化光阴下np-Ni/NiO电极的拉曼光谱

(h,i) 差距氧化光阴下np-Ni/NiO电极的XPS光谱

图3  np-Ni/NiO电极的宏不雅妄想表征

(a) HAADF-STEM图像

(b) STEM-EDX元素图谱

(c) 高倍HAADF-STEM图像

(d) HRTEM图像以及响应的FFT图

(e) 凭证NiO (111)以及(220)晶面转换的IFFT图像

(f) Ni/NiO界面的HRTEM图像

图4  np-Ni/NiO电极的电化学HER功能

(a) HER极化曲线

(b) 塔菲尔图

(c) EIS阻抗图谱

(d) np-Ni/NiO与其余Ni基电极/催化剂的功能比力

(e) 减速CV晃动性测试

(f) 10以及50 mA cm^-2电流密度下的晃动性测试

图5  Ni以及Ni/NiO概况HER历程的DFT合计

(a) Ni (111)以及Ni/NiO (111)上H₂O分解的过渡态能垒

(b) Ni (111)以及Ni/NiO (111)差距位点上氢吸附的吉布斯逍遥能

(c) Ni (111)上 H*的吸附位点

(d) Ni/NiO (111)上H*的吸附位点

(e) Ni/NiO (111)的差分电荷密度

图6 经由差距措施制备的np-Ni电极的功能比力

(a) 差距规范np-Ni电极的制备道路

(b) 粗化np-Ni电极的HER极化曲线

(c) 差距规范np-Ni电极的HER极化曲线

(d) 以NiAl₃为先驱体制备的np-Ni及自限氧化后np-Ni/NiO电极的HER极化曲线

文献信息

Lin Qiao, Cong Xi, Chao Li, Kaiyue Zhang, Qi Li, Jiuhui Han, Yi Ding. Self-Limited Formation of Nanoporous Nickel Heterostructure Catalyst for Electrochemical Hydrogen Production. Advanced Functional Materials 2024, 2402286.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202402286