探索一种在高pH和高温度下用于析氢反应(HER)的高效的电催化剂是碱性水电解(AWE)工业应用的关键。扬州大学孙念祖、國立台灣大學陳浩銘和國立陽明交通大學洪崧富通过一系列Laves相金属间化合物，即MCo2和MRu0.25Co1.75(M=Sc和Zr)，脱合金设计了一种类沸石金属骨架(ZIFs)的开放隧道结构。这种结构的催化剂在1.0 M KOH中，80 mV时在电流密度为500 mA/cm2（η500）。通过简单的工艺，ScRu0.25Co1.75可以很容易地在碳布基底上修饰，并且只需要132 mV就可以达到500 mA/cm2。相关工作以“Dealloying-Induced
Zeolite-like Metal Framework of AB2 Laves Phase Intermetallic Electrocatalysts”为题发表在国际著名期刊Journal of the American
Chemical Society上。要点1.作者利用一系列Laves相金属间化合物，即MCo2和MRu0.25Co1.75(M=Sc和Zr)作为模型系统，通过从隧道结构的中心剥离Sc金属来诱导ScCo2和ScRu0.25Co1.75的类沸石金属骨架(ZIFs)，研究了脱合金性能与电催化HER活性之间的相关性。要点2.选择Sc作为选择性浸出的潜在靶，是因为Sc金属的第一电离能与Al的第一电离能量低且相似，Al是一种常见的金属，可以在腐蚀性环境中脱合金。基于密度函数理论(DFT)的初步理论计算表明，Sc-Co/Sc-Sc键和Zr-Co/Zr-Zr键之间的键强度存在显著差异，M金属在MCo2(M=Sc和Zr)中的选择性浸出行为。要点3.在浓碱性溶液(6.0 M KOH)中，ScCo2可以成功地脱合金以去除部分Sc，实现ScCo2在1.0 mM KOH中，在10 mA/cm2(η10)下24 mV和在100 mA/cm2(σ100)下122 mV的极低过电势。在该系列中进一步掺入少量Ru可以显著促进电催化HER活性。要点4.自支撑的ScRu0.25Co1.75电极在10 mA/cm2(η10<10mV)下显示出可忽略不计的过电势，并且仅需要148 mV的过电势就可以达到500 mA/cm2的电流密度(η500)。他可以很容易地涂覆在碳布上，并在60°C的6.0 M KOH中长期运行1000小时，在未来的实际应用中非常有前景。图1.（a）AB2-Laves相金属间化合物脱合金后的类沸石金属骨架示意图。（b）ScCo2(顶部)和ZrCo2(底部)在6.0 M KOH下的计时电流法测量。（c）MCo2和MRu0.25Co1.75(M=Sc和Zr)在6.0 M KOH中的线性扫描伏安图(LSV)(扫描速率：5 mV/s)。（d）计时电流法测量后，1.0和6.0 M KOH电解液中Sc、Zr、Ru和Co离子的浓度(μmol/L)。（e）ScCo2在1.0和6.0 M KOH中计时电流法测量前后的LSV比较。（f）10 mA/cm2下，过电势与最近报道的碱性条件下的金属催化剂的比较。图2. ScCo2(左)和ZrCo2(右)在计时电流法测量(12小时；6.0 M KOH)后的（a和b）高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和（c和d）X射线吸收(XAS)。中上部分是ScCo2和ZrCo2结构的示意多面体表示，说明它们在脱合金处理后的不同行为。图3.（a）ScCo2和（b）ZrCo2球棒模型以及理论总态密度和部分态密度(TDOS和PDOS)。（c）表面吸附OH的ScCo2、Sc0.875Co2、Scr0.875Ru0.25Co1.75和ZrCo2的中空活性位点上H原子的ΔGH*自由能。红色和白色的球体分别代表O和H原子。Sc、Ru和Co原子分别被着色为灰色、青色和粉红色。图4. ScRu0.25Co1.75在碳布(CC)衬底上，在浓缩的KOH电解质中（a）不同温度下的LSV和（b）在333K下在浓缩的KOH电解质中的计时电位测量(500 mA/cm2)。插图：计时电位测量前(实线)和后(虚线)的LSV w/wo iR校正。（c）ScRu0.25Co1.75(CC)和泡沫镍分别作为阴极和阳极，在6.0 M KOH中，在333 K下进行的整体水分解试验的长期稳定性。Dealloying-Induced
Zeolite-like Metal Framework of AB2 Laves Phase Intermetallic
Electrocatalysts
Shen-Jing Ji, Li-Wen Cao, Peng Zhang,
Guan-Bo Wang, Ying-Rui Lu, Nian-Tzu Suen,* Sung-Fu Hung,* Hao Ming Chen*DOI: https:///10.1021/jacs.3c05287
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