在眾多的氫氣生產(chǎn)技術(shù)中，水分解是最有前途的制氫方法之一，并且水電解在酸性、堿性和中性電解質(zhì)中得到了廣泛的研究。由于附加的水解離步驟(Volmer步驟)，在堿性和中性介質(zhì)中陰極析氫反應(yīng)(HER)的動(dòng)力學(xué)比酸性介質(zhì)中緩慢。
同時(shí)，迄今為止，鉑基材料仍然是最有效的析氫催化劑。然而，其高成本和低耐久性極大地阻礙了它們的大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)低成本、高效率的堿性和中性HER電催化劑顯得非常重要。
基于此，安徽大學(xué)遇鑫遙和羅其全等以Ni(OH)2為例，提出了一種低溫和短時(shí)間的H2/Ar等離子體激活與釕單原子(Ru SA)摻雜相結(jié)合的策略，以提高Ni(OH)2的HER活性。
結(jié)果表明，在等離子體激活過程中，引入了有趣的“一石五鳥”效應(yīng)，產(chǎn)生了鎳納米顆粒(Ni NPs)錨定的β-Ni(OH)2納米片陣列(β-Ni(OH)2/Ni NSA)異質(zhì)結(jié)構(gòu)：
1. 材料發(fā)生了相變，從具有α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2混合相的Ni(OH)2納米片陣列(表示為m-Ni(OH)2 NSA)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ni(OH)2 NSA；
2. 剝離成超薄納米薄片以暴露更多的活性位點(diǎn)；
3. 部分還原成鎳納米粒子以改善電導(dǎo)率；
4. 產(chǎn)生氧空位(OV)以提高活性；
5. 帶來鎳空位(Niv)以為Ru SA提供錨定位點(diǎn)。
因此，Ru SAs沉積后(≈1.17 wt.%)，β-Ni(OH)2/Ni-Ru SAs在堿性溶液中，在10 mA cm?2電流密度下的HER過電位僅為16 mV，Tafel斜率低至21 mV dec?1。此外，β-Ni(OH)2/Ni-Ru SAs在堿性海水和中性溶液中也表現(xiàn)出優(yōu)異的HER性能。
結(jié)構(gòu)表征和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，等離子體活化和Ru SAs都能極大地促進(jìn)水的吸附和解離，Ru SA能有效地錨定和解離水分子，確?？焖佼a(chǎn)生質(zhì)子，降低產(chǎn)生的中間隙態(tài)的反鍵態(tài)密度，提高H的吸附強(qiáng)度，從而提高HER性能?？偠灾竟ぷ鳛樵映叨认赂咝訝罱饘贇溲趸锘鵋ER催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供了新的策略。
“One Stone Five Birds”Plasma Activation Strategy Synergistic with Ru Single Atoms Doping Boosting the Hydrogen Evolution Performance of Metal Hydroxide. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202301343
