反钙钛矿中的A位阳离子缺失显著加速了碱性氢析出过程中的Volmer步骤

《Advanced Energy Materials》：A-Site Cation Deficiency in Antiperovskites for Precisely Accelerating the Volmer Step of Alkaline Hydrogen Evolution

通过引入A位离子缺陷调控电子结构和界面水行为，显著提升碱性析氢反应性能，在1.92V电压下实现1A/cm2电流密度并稳定运行100小时，优于商业Raney Ni催化剂。

　　

摘要

碱性氢演化反应（HER）的缓慢动力学导致酸性电解质和碱性电解质之间的活性差距较大，这主要是由于涉及水分解和OH^?脱附的Volmer步骤过于缓慢。本文提出了一种简单有效的策略，通过在反钙钛矿中引入A位阳离子缺陷来调节电子结构和界面水的行为，从而共同加速Volmer反应，进而提高碱性HER的性能。作为概念验证，In元素缺乏的反钙钛矿In_0.9NNi₃表现出显著增强的HER活性，优于化学计量的同类材料，并且超过了迄今为止报道的各种先进非贵金属电催化剂。更重要的是，当应用于实际的阴离子交换膜水电解器（AEMWE）装置时，基于In_0.9NNi₃的阴极在1.92 V的低电压下实现了1 A cm^?2的工业电流密度，并且能够稳定运行长达100小时，优于商用Raney Ni催化剂。通过理论研究和综合实验发现，In_0.9NNi₃的优异HER性能主要源于Ni位点的优化，这包括通过促进自由水吸附和由于Ni─N键延长而实现的自发OH^?脱附，从而加速了水分解过程。这项工作为通过缺陷化学设计高性能碱性HER电催化剂提供了重要的启示。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。