由于海水资源丰富、成本低廉，海水电解是电化学水分解大规模生产高纯氢燃料的一种极具吸引力的方法，可以替代传统的淡水电解工艺。然而，海水电解过程中同时发生的氯离子氧化反应严重影响了海水电解的整体性能。为解决这一问题，迫切需要开发碱性介质中可有目的调节配位结构的高活性、高选择性电催化剂。

近日，新加坡国立大学Stephen J. Pennycook，John Wang，Zongkui Kou报道了采用简易表面活性剂辅助方法制备出锚定在多孔氮掺杂碳载体的Ni-N₃-O₂和Ni-N₄配位的镍单原子电催化剂（Ni-SA/NC），然后系统地研究了它们在碱性淡水和海水电解质的HER电催化性能。结果显示，具有三氮配位结构（Ni-N₃），原子分散的Ni的Ni-SA/NC可用于高效电催化碱性析氢反应（HER）。

文章要点

1）实验结果显示，在碱性淡水和海水电解质中，具有Ni-N₃配位的Ni-SA/NC电催化剂在10 mA cm^-2电流密度下分别具有低至102和139 mV的过电位。此外，在比Pt/C催化剂更低的过电位下，Ni-SA/NC还可以提供超过200 mA cm^-2的大电流密度，在14 h内电流衰减可以忽略不计。

2）X射线吸收精细结构（XAFS）实验分析和密度泛函理论（DFT）计算结果表明，Ni-N₃的配位数比Ni-N₄低，有利于水的解离和氢的吸附，从而显著提高了HER的活性。

这项工作为设计新型海水电解和大规模制氢电催化剂开辟了新的途径。

参考文献

Wenjie Zang, et al, Efficient Hydrogen Evolution of Oxidized Ni-N₃ Defective Sites for Alkaline Freshwater and Seawater Electrolysis, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202003846

https://doi.org/10.1002/adma.202003846