开发高效稳定的非贵金属基碱性氢氧化反应（HOR）电催化剂对于碱性交换膜燃料电池的商业化至关重要，但其仍然是一个巨大的挑战。目前，人们已经在碱性条件下构建了过渡金属氮化物异质结构。这些工作更多地集中在氢吸附自由能、水吸附能和水解离能垒，而较少关注电位决定步骤（PDS）、羟基结合能（OHBE）和电子相互作用的影响。

近日，武汉大学罗威教授报道了构建了一种Ni/Ni₃N异质结电催化剂，其在碱性电解质下具有优异的HOR电催化性能。

文章要点

1）研究人员通过胶体法和随后的氮化处理制备了Ni/Ni₃N异质结构电催化剂。第一步是以乙酰丙酮镍为前驱体，油胺为还原剂，胶体合成了Vulcan碳粉（XC-72）负载的Ni纳米粒子（Ni-C）。随后在受控氮化过程中，Ni-C前驱体在NH₃气氛下退火形成Ni/Ni₃N。

2）实验结果和密度泛函理论（DFT）计算结果显示，Ni/Ni₃N异质结电催化剂中界面电子从Ni转移到Ni₃N，这导致界面Ni（下移）和Ni₃N（上移）的d带中心相互调节，并分别导致Ni的氢结合能（HBE）减弱和Ni₃N的OHBE增加。此外，CO脱除和Zeta电位实验结果表明，Ni/Ni₃N比纯Ni或Ni₃N具有更强的OHBE。

3）得益于Ni/Ni₃N中增强的OHBE显著降低了水物种的生成能，进而使HOR的PDS由水的形成转变为吸附水的脱附。所制得的Ni/Ni₃N异质结构电催化剂在碱性介质中表现出优异的HOR性能，其交流电流密度经ECSA归一化后为36.45 µA cm_Ni⁻²，高于已报道的大多数Ni基HOR电催化剂。此外，Ni/Ni₃N在碱性介质中也表现出显著的HER活性，其质量活性是Ni的22倍。

这项工作为合理设计高效、无PGM的HOR电催化剂，实现AEMFC的商业化提供了一种新的策略。

参考文献

Lixin Su, et al, Modification of the Intermediate Binding Energies  on Ni/Ni₃N Heterostructure for Enhanced Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202106156

https://doi.org/10.1002/adfm.202106156