电化学水分解用于大规模绿色生产氢气是一种极有前途的技术，可以解决由于化石燃料的广泛使用而带来的关键能源挑战。尽管非贵金属镍基催化剂在低电流密度下工作良好，但在高电流密度下需要大的过电位，这阻碍了它们在实际工业中的广泛应用。

近日，清华大学深圳国际研究生院刘碧录副教授，中国科学院上海高等研究院Shuo Zhang报道了一种由FeO_x修饰的氢氧化物介导的Ni₄Mo纳米颗粒组成的Ni基催化剂，并锚定在MoO₂纳米片（h-NiMoFe）上，在高电流密度下显示出对碱性HER的优异性能。

文章要点

1）结合X射线吸收光谱(XAS)和X射线光电子光谱(XPS)的结果表明，Ni位点的电荷再分布是由Mo和表面Fe引起的，这在高电流密度下稳定了表面氢氧化镍，并有利于水分解步骤。此外，利用原位XAS、准原位XPS和密度泛函理论（DFT）计算揭示了Fe在HER活性中的重要作用。

2）实验结果显示，h-NiMoFe催化剂对高电流密度的HER表现出良好的电催化性能，Tafel斜率为30.7 mV dec^-1，500 mA cm^‒2下的过电位仅为74 mV，特别是在97 mV下的电流密度高达1000 mA cm^‒2。此外，这种催化剂的价格在75-292 US$ m⁻²之间。

3）将h-NiMoFe催化剂用于整体水分解，结果显示，在1.56 V下可提供500 mA cm^‒2的电流，并在40 h内保持稳定，具有一定的实际应用潜力。

这项工作有望用于指导通过电荷工程策略在高电流密度下工作良好的电催化剂的合理设计。

参考文献

Yuting Luo, et al, Stabilized Hydroxide-Mediated Nickel-Based Electrocatalysts for High-Current-Density Hydrogen Evolution in Alkaline Media, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE01487K

https://doi.org/10.1039/D1EE01487K