水热法合成多形貌氧化镍/泡沫镍无粘结剂电极在析氢反应中的性能研究

本文报道了通过水热法在泡沫镍（NF）基底上制备具有纳米多孔、纳米颗粒和纳米晶三种形貌的氧化镍（NiO）无粘结剂电极，系统研究了其在碱性析氢反应（HER）中的电催化性能。研究发现纳米多孔NiO/NF表现出最优异的HER活性，其过电位（185 mV@-10 mA cm-2）、塔菲尔斜率（82.7 mV dec-1）和电化学活性面积（ECSA，299 cm2）均显著优于其他形貌样品，这归因于其三维互连孔道结构提供的丰富活性位点和高效电荷传输路径。该研究为开发高效、低成本的非贵金属HER电催化剂提供了重要参考。

　　

Highlight

本研究表明，与纳米颗粒和纳米晶形貌相比，纳米多孔NiO/NF在碱性介质中展现出更优异的HER性能，其过电位低至185 mV（@-10 mA/cm²），塔菲尔斜率为82.7 mV/dec，且具有高达299 cm²的电化学活性面积（ECSA）。这种三维互连的多孔结构不仅提供了丰富的活性位点，还显著提升了电荷传输效率。通过电化学活化处理，可进一步去除表面杂质并暴露更多催化位点，从而优化催化性能。

材料

泡沫镍（NF，厚度0.3 mm）购自RedoxKala公司。实验所用硝酸镍六水合物（Ni(NO₃)₂·6H₂O）、氯化镍六水合物（NiCl₂·6H₂O）、盐酸（HCl）、过硫酸钾（K₂S₂O₈）和氢氧化钾（KOH）均采购自默克公司。

电催化剂合成

采用一步水热法在NF上原位生长NiO电催化剂。方案1展示了制备过程的示意图。

形貌与结构特征

图1(a,b)显示了未沉积NiO的泡沫镍本征光滑表面。图1(c,d)展示了NiO/NF的纳米多孔结构——这种三维互连的孔道网络具有高比表面积和均匀的孔隙分布，形成了高度开放的框架结构。图1(e,f)则呈现了粒径80-120 nm的NiO纳米颗粒均匀分布在NF表面的形貌特征。

结论

本研究证实纳米多孔形貌能显著提升NiO/NF的HER催化性能，其优异的电化学指标和独特的结构优势为开发高效非贵金属催化剂提供了新思路。电化学活化策略可进一步优化表面状态，这对推进规模化水电解技术发展具有重要意义。