on style="white-space: normal; margin-bottom: 1.5em; line-height: 1.75em; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">堿性水電解制氫由于其廉價的設備要求和有效地避免酸霧和腐蝕,目前更具吸引力。為了加速堿性電解質中水解離步驟緩慢的動力學,并降低析氫反應(HER)的過電位,設計和制備高效、高度穩定的催化劑,特別是那些能夠維持大電流密度的催化劑至關重要。近日,休斯頓大學任志峰、陳碩和Luo Yu等制備出由非晶MoN納米棒上的Ni和MoN納米顆粒組成的非均相Ni-MoN催化劑,其具有在大電流密度下進行HER的出色性能。Ni-MoN的分級納米棒-納米顆粒結構,以及大表面積和多維邊界/缺陷賦予催化劑豐富的活性位點。而其介孔結構(孔徑~6.5nm)和親水表面有利于電解質的快速擴散和氣泡的快速釋放,并有效防止水電解過程中的催化劑降解。理論計算進一步證明,在Ni和MoN之間的界面上發生了電荷交換和電子再分配,因此Ni-MoN處于高電導率的金屬狀態,Ni-MoN中的Mo位點具有較高的水吸附和解離能力,大大提高了緩慢的堿性HER動力學因此,在1.0 M KOH溶液中,這種Ni-MoN催化劑在電流密度為100 mA cm-2和 1000 mA cm-2時的過電位分別為61 mV和136 mV;并在100 mA cm-2或500 mA cm-2的恒定電流密度下運行200小時保持穩定。此外,這種HER 催化劑在堿性海水電解質中也能很好地工作,并在超低電池電壓下對整體海水電解表現出出色的性能,當Ni-MoN與OER催化劑SSM偶聯時,Ni-MoN||SSM對在整體水/海水電解過程中表現突出,顯示出大規模生產H2的廣闊前景。
Efficient Alkaline Water/Seawater Hydrogen Evolution by a Nanorod-nanoparticle-structured Ni-MoN Catalyst with Fast Water-dissociation Kinetics. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202201774