開發(fā)用于電化學(xué)水分解的高效非貴金屬電催化劑需要了解不同的活性增強(qiáng)因素。兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用對(duì)法拉第電子轉(zhuǎn)移過程所產(chǎn)生的集合效應(yīng)，可以通過表面活性位點(diǎn)的累積、界面電荷轉(zhuǎn)移和調(diào)制電子結(jié)構(gòu)來誘導(dǎo)。然而，這些協(xié)同作用對(duì)析氧反應(yīng)(OER)和析氫反應(yīng)(HER)影響的起因和機(jī)理目前尚未解釋清楚。
近日，澳大利亞新南威爾士大學(xué)趙川課題組報(bào)道了Ni(OH)2和Ni-N/Ni-C相之間的協(xié)同作用，它在低電流密度和高電流密度下都顯著地提高了HER活性。鎳納米異質(zhì)界面在表面局部大量出現(xiàn)，并且在大的HER電流密度下保持穩(wěn)定；這種納米異質(zhì)界面發(fā)揮了相間協(xié)同作用，增強(qiáng)了兩個(gè)鎳相之間的電荷重新分配，通過上移d帶中心提高了Ni d軌道的能級(jí)，通過降低*H中間體的電子轉(zhuǎn)移數(shù)加速了氫吸附-解吸-重組過程，并促進(jìn)了*OH吸附-解吸。并且，以上結(jié)果導(dǎo)致現(xiàn)成的表面活性位點(diǎn)，顯著促進(jìn)界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在堿性電解質(zhì)中，NF表面局部出現(xiàn)的納米異質(zhì)界面對(duì)HER有明顯的促進(jìn)作用。最佳的Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C/NF納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)在60、141和223 mV過電位下輸出的電流密度分別為?10，?100和?1000 mA cm?2。此外，Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C/NF還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其經(jīng)歷1000個(gè)CV循環(huán)后電位衰減較小，并且其在?100和?500 mA cm?2下連續(xù)反應(yīng)100小時(shí)后，材料表面未發(fā)生破壞?？偟膩碚f，該項(xiàng)工作闡明了協(xié)同電催化的初步概念，為開發(fā)非貴金屬基催化劑結(jié)構(gòu)中不同相間的協(xié)同作用提供了新的思路。Monometallic Interphasic Synergy via Nano-Hetero-Interfacing for Hydrogen Evolution in Alkaline Electrolytes. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-36100-3
