通过调节Ni/NiO催化剂中的氧空位来提升碱性HER性能

《ACS Applied Energy Materials》：Boosting Alkaline HER Performance through Oxygen Vacancy Modulation in Ni/NiO Catalysts

氧空位通过电化学阳极极化法引入np-Ni/NiO催化剂，优化其电子结构和反应中间体吸附-脱附行为，显著降低析氢反应过电位（46mV@10mA cm?2，Tafel斜率53mV dec?1），并保持高电流密度（100mA cm?2）下的优异活性和稳定性，且制备工艺易于工业化应用。

　　

开发高效且稳定的催化剂是实现水分解的关键，而水分解是一项用于生产绿色氢气的有前景的技术。在这项研究中，通过简单的电化学阳极极化（EAP）方法，在纳米多孔Ni/NiO（np-Ni/NiO）氢 evolution 反应（HER）催化剂中引入了氧空位。研究了氧空位对电子结构以及反应中间体吸附-解吸行为的影响。适量的氧空位可以显著提高HER的催化性能。经过EAP处理的np-Ni/NiO催化剂在10 mA cm^–2的电流密度下表现出46 mV的过电势和53 mV dec^–1的塔菲尔（Tafel）斜率，这些数值远低于未经EAP处理的Ni/NiO催化剂。此外，该催化剂在100 mA cm^–2的高电流密度下仍保持优异的活性。氧空位可以调节d轨道的占据状态，优化吸附能量，从而促进反应产物的吸附和解吸过程，加快HER的反应动力学。该催化剂在长时间的水分解过程中也表现出显著的稳定性。另外，EAP工艺在工业层面非常易于实现。这些优势有利于np-Ni/NiO催化剂的大规模工业应用。