氢氧化物交换膜燃料电池（HEMFC）是一种具有较高前景的能量转化技术，但是HEMFC通常需要Pt族金属电催化剂，因此导致应用受到显著限制。

近日，瑞士联邦理工学院（洛桑）胡喜乐、特拉华大学严玉山（Yushan Yan）等报道发展了Ni基HOR催化剂，电催化的电流密度达到70 μA cm^-2，性能达到非Pt族金属催化剂的最好结果。

有鉴于此，蒙彼利埃大学Frédéric Jaouen对该项研究的重要意义进行评述和讨论。发展的电催化剂中Ni纳米粒子能够在较高pH值的电解液中表现高HOR催化性能，在80 ℃工作温度，当Ni基催化剂作为阳极，Co-Mn-O_x催化剂作为阴极，构筑的HEMFC器件峰值功率密度达到450 W cm^-2（之前报道性能最好的HEMFC需要使用Pt族贵金属催化剂，而且峰值功率密度仅为350 W cm^-2；之前报道使用非Pt族贵金属催化剂构筑的HEMFC器件最高峰值功率密度仅为80 W cm^-2），因此展示了这项工作的重要进展。

本文要点：

（1）

这种催化剂结构为担载于掺氮碳基底的Ni纳米粒子，根据X射线衍射、紫外光电子能谱、H₂化学吸附表征技术，作者发现Ni纳米粒子和基底之间的电子相互作用导致氢吸附能、氢氧吸附能之间达到平衡，因此导致催化剂产生较高的催化活性。

通过这种非Pt族贵金属电催化剂构筑HEMFC器件，实现了高达488 mW cm^-2的峰值功率密度，性能达到目前相关报道性能最好的HEMFC器件的6倍。

（2）

催化剂的合成。在还原性气氛中于390 ℃煅烧含有Ni²⁺和苯三羧酸三乙酯的MOF，当还原性气氛为H₂:NH₃:N₂，制备的催化剂实现最好的HOR催化性能。其中，NH₃是实现氮原子掺杂、生成粒径较小Ni纳米粒子的原因；通过H₂和NH₃混合气氛，能够提高碳的石墨化程度、碳材料的导电性；通过TEM表征发现Ni纳米粒子的粒径为13 nm。通过表面灵敏表征技术，发现掺氮的碳基底与Ni纳米粒子之间产生非常强的相互作用。

参考文献

Jaouen, F. Enabling low-cost and sustainable fuel cells. Nat. Mater. 21, 733–735 (2022)

DOI: 10.1038/s41563-022-01295-1

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01295-1

Ni, W., Wang, T., Héroguel, F. et al. An efficient nickel hydrogen oxidation catalyst for hydroxide exchange membrane fuel cells. Nat. Mater. 21, 804–810 (2022)

DOI: 10.1038/s41563-022-01221-5

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01221-5