冯新亮Nature子刊：非Pt催化剂碱性析氢！

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       氢气由于能量密度高，而且环境友好，成为能源领域竞相追逐的热门。电催化水裂解产氢是制备氢气的重要途径之一，HER主要包括2个步骤：

      1）电子耦合水分解，形成吸附氢（Volmer阶段）；

      2）吸附氢结合形成氢气（Tafel阶段）。

     Pt纳米催化剂由于Volmer阶段能垒较低，且具有较低的Tafel斜率，从而在碱性条件下具有优异的电催化性能。

 

图1. Pt纳米催化剂的HER性能

EnhancingHydrogen Evolution Activity in Water Splitting by Tailoring Li+-Ni(OH)2-PtInterfaces. Science 2011, 334, 1256-1260.

 

Pt金属价格昂贵且稀有，不适合大规模和长期使用。通过对Pt纳米催化剂的HER机理的不断深入理解，研究人员开发了一系列非Pt催化剂，试图取代Pt纳米催化剂，目前非Pt催化剂在酸性溶液中已经表现出较好的HER性能，

 

图2. 非Pt催化剂在酸性中的HER性能

Efficienthydrogen evolution catalysis using ternary pyrite-type cobalt phosphosulphide. NatureMaterials 2015, 14, 1245–1251.

 

问题在于，在碱性条件下，非Pt纳米催化剂对水的溶解动力学（Volmer阶段）太慢，导致HER的表现却不尽如人意。

 

有鉴于此，冯新亮课题组报道了一种MoNi₄ /MoO₂@Ni电催化剂，在碱性条件中表现出良好的HER性能。

 

图3. MoNi₄ /MoO₂@Ni电催化剂的制备

 

基于Mo-Ni合金可有效降低水分解的能垒的研究，研究人员对泡沫镍上的NiMoO₄长方体前驱体进行退火处理，通过控制Ni原子向外扩散的程度，在泡沫镍表面得到长方体状纳米MoO₂负载的MoNi₄电催化剂。

 

图4. 电化学活性

 

理论和实验都表明，MoNi₄表面发生快速析氢过程，起始过电位为0，在10 mA cm^-2条件下过电位为15 mV，1M KOH电解液中Tafel斜率为30mV/dec，可以和Pt纳米催化剂媲美，并超过现有所有非Pt催化剂在碱性条件下的性能。

 

这种制备方法简便而又廉价的催化剂，为碱性电解槽析氢带来了新的希望！

 

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JianZhang, Xinliang Feng et al. Efficient hydrogen production on MoNi4electrocatalysts with fast water dissociation kinetics. Nat. Commun. 8, 15437doi: 10.1038/ncomms15437 (2017).

http://www./articles/ncomms15437