寻找廉价，有效和耐用的，具有富稀土元素的电催化剂以进行析氢反应（HER）对于未来可持续的氢经济至关重要，但仍然是艰巨的挑战。近日，复旦大学吴仁兵和南京师范大学徐林等人展示了一种简单的模板参与策略，用于在碳纳米棒基板上直接原位生长Ni纳米颗粒和N掺杂的碳纳米管，形成分层分支的体系结构（以下简称为Ni@N-CNT/NRs）。紧密封装的Ni纳米颗粒和开放结构的这种独特的分层结构的精心构造赋予了制成的Ni@N-CNT/NRs足够丰富的活性位点，扩大了表面积，降低了电荷转移和质量扩散的阻力，同时增强了机械坚固性。
文章要点：
1）SEM与TEM对合成后的Ni @ N-C NT / NRs样品的形貌表征显示，大量的卷须状碳纳米管从纳米棒基材中弹出，形成了次级纳米结构，并在碳纳米管根部之间形成了大量开放的空隙。呈现了一种分层结构。平均尺寸为16.4 nm的Ni纳米颗粒均匀地分散在整个纳米棒基质中，并且许多排列良好的纳米管从纳米棒基质垂直挤出。此外，还可以从HRTEM图像中观察到晶格位错，从而为HER反应提供了额外的活性位点。同时，壁中无规堆积的石墨层不平行于纳米管的轴向，在碳纳米管中产生了更多的缺陷和边缘，因此有利于增强电催化性能。 HAADF-STEM图像和相应的元素映射图像揭示了整个分层结构中C，N和Ni的均匀分布。挤出的纳米管的EDX线扫描图表明在尖端存在Ni，并且碳和N在整个纳米管中均匀分布。
2）Ni纳米颗粒和碳纳米管在碳纳米棒基底上的直接原位生长使得形成的分层Ni@N-CNT/NRs具有足够充分分散的暴露活性位点，快速的电荷传输效率，加速的质量/气体扩散和强大的结构稳定性。因此，当驱动氢释放时，所得的Ni@ N-CNT/NRs具有卓越的HER电催化性能，过电势为134 mV时，可提供10 mA cm-2的电流密度，并在0.1 M KOH溶液中具有令人印象深刻的长期稳定性。是一种高效生产H2且低成本HER电催化剂。
Yan, X., et al. In-situ growth of Ni nanoparticle-encapsulated N-doped carbon nanotubes on carbon nanorods for efficient hydrogen evolution electrocatalysis. Nano Res., 2020
DOI:10.1007/s12274-020-2727-7
https://doi.org/10.1007/s12274-020-2727-7
