调节界面水供应和电子转移过程，可实现工业规模的碱性氢气生成

《Science China-Materials》：Tuning interfacial water supply and electron transfer enables industrial-scale alkaline hydrogen evolution

　　

摘要

碱性水电解是大规模绿色氢生产的关键技术，但其效率受到工业电流密度下氢释放反应（HER）缓慢动力学过程的严重限制。本文提出了一种协同双掺杂策略，显著降低了Volmer步骤和Heyrovsky步骤的动力学障碍，从而实现了超稳定和高效率的氢释放。为了验证这一概念，我们通过一种可扩展的一步电沉积工艺合成了性能优异的非晶NiCoV纳米片电极。原位光谱和动力学表征表明，亲水性V元素的引入通过破坏氢键网络优化了界面水环境，并确保了自由水反应物在内部亥姆霍兹平面的快速供应。同时，Co掺杂剂调节了电子结构，促进了电子的有效转移并优化了中间体的吸附能量。因此，NiCoV电极仅需253 mV的极低过电位即可实现400 mA cm^?2的电流输出，超过了大多数报道的基于Pt的催化剂，并且稳定性超过200小时。在放大规模的电解槽中进行工业验证时，电池电压为1.89 V，电流为400 mA cm^?2，与商业基准相比，实现了0.12 kWh m^?3 H₂的节能效果。对于一个中等规模的示范项目，这相当于每年节省1.33 × 10⁶ kWh的电力，凸显了其在可持续工业应用中的巨大潜力。

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

碱性水电解是大规模绿色氢生产的关键技术，但其效率受到工业电流密度下氢释放反应（HER）缓慢动力学过程的严重限制。本文提出了一种协同双掺杂策略，显著降低了Volmer步骤和Heyrovsky步骤的动力学障碍，从而实现了超稳定和高效率的氢释放。为了验证这一概念，我们通过一种可扩展的一步电沉积工艺合成了性能优异的非晶NiCoV纳米片电极。原位光谱和动力学表征表明，亲水性V元素的引入通过破坏氢键网络优化了界面水环境，并确保了自由水反应物在内部亥姆霍兹平面的快速供应。同时，Co掺杂剂调节了电子结构，促进了电子的有效转移并优化了中间体的吸附能量。因此，NiCoV电极仅需253 mV的极低过电位即可实现400 mA cm^?2的电流输出，超过了大多数报道的基于Pt的催化剂，并且稳定性超过200小时。在放大规模的电解槽中进行工业验证时，电池电压为1.89 V，电流为400 mA cm^?2，与商业基准相比，实现了0.12 kWh m^?3 H₂的节能效果。这对于一个中等规模的示范项目来说，相当于每年节省1.33 × 10⁶ kWh的电力，凸显了其在可持续工业应用中的巨大潜力。

此图像的替代文本可能是由AI生成的。