异质结构诱导电子缺欠调控空间中间体耦合增强镍基催化剂碱性HER/HOR性能

本文报道了一种通过构建Ni/WN异质结构调控镍位点电子密度以增强碱性氢析出反应（HER）和氢氧化反应（HOR）的策略。研究发现电子从Ni向WN转移导致Ni位点电子缺欠，使其d-带中心上移，强化了H、OH、H2O吸附，拉近了H与OH空间距离并拉长了H2O的H–O键，从而显著降低了速率决定步骤（Volmer步骤）能垒。该催化剂（Ni/WN@NF）在HER中仅需20 mV过电位即可达到10 mA cm?2，HOR交换电流密度达3.99 mA cm?2，为碱性氢电催化提供了新的界面调控思路。

　　

Highlight

材料

偏钨酸铵 [(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·xH₂O, 99.5% 金属基准]，六水合硝酸镍 [Ni(NO₃)₂·6H₂O, 98%] 和钨粉 (W, 99.9% 金属基准, 50 nm) 购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。六水合氯化镍 (NiCl₂·6H₂O, 分析纯) 购自天津大茂化学试剂厂。尿素 (CH₄N₂O, 99%)、氢氧化钾 (KOH, 95%) 和乙醇 (C₂H₆O, 分析纯, 99.7%) 购自上海麦克林生化科技股份有限公司。盐酸 (HCl, ...

Ni/WN@NF的合成与表征

构建镍基异质结构可以调节镍位点的电子密度，从而优化关键中间体的吸附并增强HER/HOR活性。如图S1a所示，我们对电子富集和电子缺欠的镍位点进行了比较。电子富集的镍使其d-带中心下移，而电子缺欠的镍则使其d-带中心上移，根据d-带中心理论，这增强了对关键中间体的吸附[24], [25]。基于此...

结论

总之，我们通过简单的两步法在泡沫镍上成功设计并合成了Ni/WN异质结构。X射线吸收光谱（XAS）、X射线光电子能谱（XPS）和差分电荷密度分析表明，电子从Ni向WN转移，导致Ni位点周围出现局部电子缺欠。Ni位点的电子缺失使Ni的d-带中心上移，从而增强了OH和H₂O在Ni/WN表面的吸附，改善了碱性HER/HOR动力学。因此，...