过渡金属氮化物具有高催化活性、低电阻率、良好耐腐蚀性以及储量丰富等优点，是一类极具吸引力的催化剂材料，但传统的合成方法依赖于危险环境下的高温氮化过程。

基于此，澳大利亚国立大学Siva Karuturi，Kylie Catchpole，德国慕尼黑工业大学Haobo Li首次报道了在碱性溶液中采用磁控溅射电化学和PEC HER一步法合成具有三角金字塔纳米结构的Ni₃N/Ni。特别是溅射的催化剂具有低结晶度，N-空位丰富，较强的H*结合强度和较高的电化学比表面积。

文章要点

1）实验结果表明，Ni₃N/Ni电极具有与Pt电极相当的HER活性，在10 mA cm^-2时的过电位为89 mV。

2）研究人员利用密度泛函理论（DFT）计算，从低的表面自由能（γ）和正的Bader电荷值，以及工作条件下的表面Pourbaix图中，合理地揭示了N-空位对Ni₃N/Ni催化剂高活性和稳定性的重要作用。

3）以Ni₃N/Ni为助催化剂的Si光电阴极在0 V（vs. 可逆氢电极(RHE)）下，产生的电流密度为38.8 mA cm^-2，起始电位为0.59 V，外加偏置光电流效率（ABPE）为9.3%，在强碱性介质中的耐久性可达50 h以上。此外，沉积在多孔衬底上的Ni₃N/Ni催化剂在零间隙电解槽中即使在高电流密度下也表现出优异的性能和稳定性，证明了其实际应用的可行性。

这项工作展示了一种可行的合成其他用于电化学和光电化学能量转换的过渡金属氮化物催化剂的一般方法。

参考文献

Doudou Zhang, et al, Unconventional Direct Synthesis of Ni₃N/Ni with N-Vacancies for Efficient and Stable Hydrogen Evolution, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE02013G

https://doi.org/10.1039/D1EE02013G