水碱电解法在工业规模制氢方面具有很大的前景，但由于缺乏能够在低过电位下以安培级电流密度运行的析氢反应电催化剂，其商业化受到严重阻碍。

近日，华东理工大学杨化桂教授，Hai-Feng Wang，格里菲斯大学Huijun Zhao报道了在协同杂化的Ni₃S₂/Cr₂S₃位点上发生的氢溢出-桥联水解离/氢形成过程，以使高电流密度引起的水解离位高氢覆盖率的抑制作用失效，同时促进Volmer/Tafel过程。

文章要点

1）研究人员从实验和理论研究中描述了实现安培级电流密度工作的关键机理。由于Cr₂S₃Cr_5c位对H₂O的强烈吸附，Cr₂S₃Cr_5c/S_3c(#)→Cr_5c-H₂O*+S_3c(#)→Cr_5c-H₂O*+S_3c-H#的高效解离，以及通过一种新的水辅助脱附机制（Cr_5c-OH*+H₂O(aq)Cr_5c-H₂O*+OH−(aq)）从Cr₂S₃Cr_5c位快速脱附，而高效的Tafel过程是通过氢溢出将H#从协同位置的富H位（Cr₂S₃）快速转移到贫氢位（Ni₃S₂），具有良好的成氢活性。

2）结果表明，杂化Ni₃S₂/Cr₂S₃电催化剂在1.0 M KOH电解液中的过电位为251±3 mV时，电流密度可达3.5 A cm⁻²。

本文提出的催化剂设计思想和制备方法可用于制备适用于工业规模碱性水电解槽的阴极。

参考文献

Huai Qin Fu, et al, Hydrogen Spillover-Bridged Volmer/Tafel Processes Enabling Ampere-Level Current Density Alkaline Hydrogen Evolution Reaction under Low Overpotential, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c01094

https://doi.org/10.1021/jacs.2c01094