蒸汽甲烷重整是生产氢气的主要方法，由于生产成本较高，电解的贡献相对较小。然而，低成本，可再生电源的使用不断增加，可以同时使用更多的电解方式来生产氢气。虽然目前电解制氢的成本主要由电力输入的零售价格所决定，而将电解槽与可再生电源直接配对可以大大降低成本。这种配对增加了资金成本的重要性，并使铂（Pt）族金属（PGM）的负载减少以及评估和改善组件性能和耐用性的工作变得至关重要。低温电解通常分为三种类型:碱性、质子交换膜和阴离子交换膜(AEM)系统。基于质子交换膜的电解液可以产生相对较高的电流密度，但可能会受到PGM含量成本(催化剂层、传输层、分离层)，以及与较低的PGM负载和环境相关的耐久性损失的限制。

有鉴于此，美国可再生能源国家实验室的Shaun M. Alia等人，研究了铂镍纳米线在旋转盘电极(RDE)半电池和膜电极组装(MEA)单电池中的HER应用。

本文要点

1）铂镍(Pt-Ni)纳米线是用于阴离子交换膜电解槽的HER催化剂。通过电置换合成，纳米线Pt的表面积为90m² g_Pt^-1。纳米线的特定交换电流密度是商业纳米颗粒的2-3倍，并且可能受益于扩展的纳米结构形态，这种形态避免了边缘晶面并产生了更高数量的Pt{100}。

2）采用氢退火的方法对铂和镍进行合金化处理，并对铂晶格进行压缩。经过退火后，纳米线的活性提高到合成线的4倍，比铂纳米粒子的活性提高10倍。通过密度泛函理论计算，研究了晶格压缩和裸露面对水分解反应的影响；研究发现，在3.77 Å的晶格上，与纯Pt（100）相比，在Ni₃Pt上生长的Pt-skin的（100）面会削弱氢结合，降低水分裂的能垒。

3）此外，与纯Pt或Pt-skin的（111）面所需的0.90 eV相比，在Ni₃Pt上生长的Pt-skin的（100）面上的水分解活化能在0.66 eV时特别有利。暴露于酸中会导致轻微的脱合金和Pt晶格膨胀，从而降低半电池活性，但暴露Pt表面并改善单电池性能。在十分之一Pt负载时，膜电极组件的性能比Ni纳米粒子的动力学性能大1-2个数量级，略好于铂纳米粒子。

参考文献：

Shaun M. Alia et al. Platinum–Nickel Nanowires with Improved Hydrogen Evolution Performance in Anion Exchange Membrane-Based Electrolysis. ACS Catal., 2020.

DOI: 10.1021/acscatal.0c01568

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01568