過渡金屬合金（transition-metal alloys）由于其獨特的優勢，目前作為有前途的堿性析氫反應（HER）電催化劑受到廣泛的關注。然而，傳統的密度泛函理論（DFT）衍生的d-帶理論無法描述空穴位點上的氫吸附能（ΔGH）。基于此，昆明理工大學張正富教授、溫州大學侴術雷教授和澳大利亞伍倫貢大學Jian Peng（共同通訊作者）等人報道了通過研究一系列Ni-M（M=Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mo、W）雙金屬合金的ΔGH，發現通過多金屬M-H化學鍵的協同作用能夠改進的d-帶中心，作為氫吸附能的可靠描述符，并篩選出具有接近最好ΔGH的潛在Ni-Cu HER電催化劑。
研究發現，將氧原子引入Ni-M（O-NiM）以平衡*OH的吸附/解吸，定制的水解離電催化位點可以協同加速多步堿性HER。直接的實驗驗證表明，O-NiCu催化劑具有最佳的HER活性，在電流密度為10和100 mA cm-2下分別具有23和69 mV的超低過電位，遠低于貴金屬Pt/C和已報道的電催化劑。同時，在1 M KOH溶液中，O-NiCu催化劑在電流密度為10 mA cm-2下過電位為23 mV，Tafel斜率為34.1 mV/dec。
微動力學分析和DFT計算，進一步證實了高能堿性HER動力學過程。此外，原位形成的NiCu/NiOOH不僅顯示出有吸引力的HER催化活性，而且促進了對快速動力學堿性HER催化劑的合理設計的機理理解。該工作不僅拓寬了d-帶理論的適用性，而且為設計高效的堿性 HER 電催化劑提供了重要的理解。
Manipulating the Water Dissociation Electrocatalytic Sites of Bimetallic Ni-based Alloy for Highly-Efficient Alkaline Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202202518.
https://doi.org/10.1002/anie.202202518.
