近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所江河清團(tuán)隊(duì)與合作者在ChemSusChem期刊發(fā)表論文：通過深入研究三種典型鎳基電催化劑（Ni、α-Ni(OH)2 和 β-Ni(OH)2）的堿性析氫過程，探討了決定鎳基催化劑活性和耐久性的關(guān)鍵因素。
開發(fā)高效、穩(wěn)定的析氫催化劑是構(gòu)建可再生能源電解水制氫系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。與傳統(tǒng)的貴金屬鉑族金屬催化劑相比，過渡金屬鎳基催化劑由于低廉的成本、優(yōu)異的導(dǎo)電性和本征催化活性，成為了工業(yè)堿性電解水系統(tǒng)通用的陰極催化劑。然而，鎳基催化劑在堿性介質(zhì)中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢、不穩(wěn)定等問題嚴(yán)重制約了基于堿性條件下水分解的制氫系統(tǒng)的開發(fā)。 基于此，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所江河清團(tuán)隊(duì)與合作者通過嚴(yán)格控制質(zhì)量負(fù)載、電化學(xué)活性面積、基底和溫度等因素，建立了三種典型鎳基催化劑的析氫活性趨勢，即Ni >> α-Ni(OH)2 > β-Ni(OH)2。結(jié)合表面組分調(diào)控和原位阻抗技術(shù)，發(fā)現(xiàn)金屬Ni和α-Ni(OH)2優(yōu)異的析氫性能分別得益于表面上的金屬Ni和Ni(OH)2組分之間的協(xié)同作用和α-Ni(OH)2表面上的快速水離解動(dòng)力學(xué)過程。然而，隨著析氫反應(yīng)的進(jìn)行，金屬Ni的催化性能出現(xiàn)急劇下降。利用實(shí)時(shí)X射線衍射和拉曼表征，發(fā)現(xiàn)金屬Ni電極表面逐漸變成α相氫氧化鎳，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪鄽溲趸嚒?/p> 因此，該團(tuán)隊(duì)在鎳金屬電極上涂覆了α相氫氧化鎳納米片薄膜以減緩鎳的羥基化并優(yōu)化表面氫氧化鎳與金屬鎳組分比例。后續(xù)的活性和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明α相氫氧化鎳薄膜引入確實(shí)提高了鎳金屬催化劑的活性和耐久性。 該研究工作加深了對堿性析氫機(jī)理的理解，并為新型過渡金屬基析氫催化劑的設(shè)計(jì)提供了方向。 論文信息 Alpha-Nickel Hydroxide Coating of Metallic Nickel for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution Dr. Song Xue, Dr. Yunchang Liang, Shujin Hou, Yajing Zhang, Prof.?Dr. Heqing Jiang ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202201072
