高可靠性和超長(zhǎng)壽命使水-氫氣（H2）電池成為大規(guī)模儲(chǔ)能的理想選擇，但Pt催化劑的堿性析氫和氧化反應(yīng)（HER/HOR）活性較低，嚴(yán)重阻礙了其在H2電池中的廣泛應(yīng)用。
基于此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳維教授等人報(bào)道了以超快電脈沖方法，制備了一種由炭黑負(fù)載釕鎳合金納米顆粒（RuNi/C）的高活性電催化劑，用于鎳-氫氣（Ni-H2）電池。RuNi/C催化劑在50 mV時(shí)具有2.34 A mg?1的超高HOR質(zhì)量活性，在電流密度為10 mA cm?2時(shí)具有19.5 mV的HER過(guò)電位。Ni-H2(RuNi)電池還可在-25 °C至+50 °C下高效運(yùn)行，在5-50 mA cm?2的電流密度下，在1500次循環(huán)后，容量和效率衰減可以忽略不計(jì)。需注意，Ni-H2(RuNi)電池在280 mg cm-2（60 mAh cm-2）的超高正極Ni(OH)2負(fù)載和62.5 μg cm-2的低負(fù)極Ru負(fù)載下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)183 Wh kg-1的電池級(jí)能量密度。通過(guò)DFT計(jì)算，作者模擬了Ru(101)和RuNi(101)對(duì)HER/HOR的反應(yīng)途徑。首先研究了HER對(duì)H2O的吸附，相應(yīng)的差分電荷密度填色優(yōu)化構(gòu)型如圖所示。Ru(101)和RuNi(101)的表面邊緣Ru原子被識(shí)別為H2O的吸附位點(diǎn)，水吸附后Ru(101)和RuNi(101)的邊緣Ru原子發(fā)生了明顯的電子相互作用和電子重排?；瘜W(xué)吸附后的H2O分子被活化，H-O鍵長(zhǎng)度增加，H2O的偏態(tài)密度（PDOS）發(fā)生變化。此外，作者計(jì)算得到的自由能圖，包括H2O吸附、H2O解離、氫氣吸附和氫氣生成，以進(jìn)一步了解Ru和RuNi催化劑在堿性HER/HOR可逆性上的差異。在可逆HER/HOR過(guò)程中，自由能爬升最高的步驟被認(rèn)為是速率決定步驟（RDS）。RuNi(101)將HER中*OH的解吸步驟確定為RDS，其自由能爬升為0.41 eV，這是Volmer過(guò)程的最后一步。Ru(101)在HER過(guò)程中*OH的解吸也是RDS，比RuNi(101)困難得多，其自由能爬升更高，為0.71 eV。結(jié)果表明，從熱力學(xué)的角度來(lái)看，RuNi(101)可實(shí)現(xiàn)更好的可逆堿性HER/HOR性能。Ultrafast Electrical Pulse Synthesis of Highly Active Electrocatalysts for Beyond-industrial-level Hydrogen Gas Batteries. Adv. Mater., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202300502.
