肼氧化辅助水电解为节能制氢提供了独特的理论基础，但缺乏有效的非贵金属双功能催化剂是其实际应用的一大挑战。

近日，中科大章根强教授报道了一种界面工程和化学取代的协同作用，通过在泡沫Ni上构建Mo掺杂的Ni₃N和Ni异质结构多孔纳米片（Mo-Ni₃N/Ni/NF），其可以在碱性条件下作为优良双功能电催化剂用于肼氧化反应（HzOR）和析氢反应（HER）。

文章要点

1）具体而言，在1.0 m KOH/0.1 m N₂H₄中，获得10、200和600 mA cm^-2的电流密度所需的工作电位仅为−0.3、75和148 mV（vs RHE），可媲美与最近相关报道结果。对HER来说，Mo-Ni3N/Ni/NF只需要45 mV的低过电位（η）就可以在1.0 m KOH中获得10 mA cm^-2的电流密度。

2）以Mo-Ni₃N/Ni/NF为阳极和阴极的双电极整体肼分解（OHzS）在10 mA cm^-2时可以获得55 mV的超低电池电压，更重要的是，在1.0 m KOH/0.1 m N₂H₄中，在0.423 V的电池电压下，即可以达到300 mA cm⁻²的高电流密度。

3）此外，研究人员还探索了经济的制氢系统作为扩展应用，通过使用废AAA电池、商用太阳能电池和自制的直接肼燃料电池（DHzFC）作为电源来驱动OHzS单元，从而发挥OHzS的超低电池电压优势，获得较高的析氢速率。

4）密度泛函理论（DFT）计算结果表明，Mo替代和丰富的Ni₃N/Ni界面的协同作用不仅可以有效地调节H*的吸附/脱附行为，而且还可以降低HzOR过程中的脱氢速率能垒。

这项工作展示了一种独特的策略，即开发一种高性能、低成本的双功能电催化剂，这有望为超越直接电化学水分解的节能制氢提供新的思路。

参考文献

Yi Liu, et al, Realizing the Synergy of Interface Engineering and Chemical Substitution for Ni₃N Enables its Bifunctionality Toward Hydrazine Oxidation Assisted Energy-Saving Hydrogen Production, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202103673

https://doi.org/10.1002/adfm.202103673