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​忻获麟/赵建玲/刘辉Small：超亲水微孔Ni (OH)x/Ni3S2异质结构，实现大电流密度析氢

时间：2022-12-05 来源： 浏览：

​忻获麟/赵建玲/刘辉Small：超亲水微孔Ni (OH)x/Ni3S2异质结构，实现大电流密度析氢

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电化学水分解产氢技术，由于其可循环性和无CO 2 排放特性，引起了人们的广泛关注。迄今为止，碱性水电解被认为是工业水分解的主流技术，但阴极析氢反应(HER)的高能耗阻碍了其大规模应用。铂基材料被认为是HER的基准电催化剂，但贵金属材料的高成本和稀缺性阻碍了它的广泛应用。
因此，开发低成本，高活性和稳定的非贵金属电催化剂对碱性HER(特别是在大电流密度(≥200mA cm -2 )下)的实际应用具有重要意义。
基于此， 加州大学尔湾分校忻获麟 、 河北工业大学赵建玲 和 刘辉 等合理地设计和制备了一种自支撑微孔Ni(OH) x /Ni 3 S 2 异质结构电催化剂，并且该电催化剂经电化学处理后具有超亲水性。
具体而言，Ni(OH) x /Ni 3 S 2 /NF异质结构电催化剂表面具有超亲水性(接触角为0°)，明显优于初始Ni 3 S 2 /NF(接触角为146°)。利用Ni(OH) x /Ni 3 S 2 /NF超亲水性和微孔特性，其在1.0 M KOH溶液中只需54 mV的过电位就能达到10 mA cm -2 的电流密度和67mV dec -1 的Tafel斜率。
Ni(OH) x /Ni 3 S 2 /NF还在大电流密度下表现出优异的HER性能，电流密度为100、500和1000 mA cm -2 时的过电位分别为126、193和238 mV，并且可连续工作高达1000 h(≈320 mA cm -2 )，这优于商业Pt/C。
研究人员利用密度泛函理论(DFT)分别对Ni(OH) 2 /Ni 3 S 2 和Ni 3 S 2 催化剂进行了表征。通过比较异质结构Ni(OH) 2 /Ni 3 S 2 和Ni 3 S 2 中的水解离过程，发现异质结构Ni(OH) 2 /Ni 3 S 2 中TS1和H 2 O*之间的能量差(1.96 eV)和TS2与[H 2 O-H]*之间的能量差(2.42 eV)均小于Ni 3 S 2 中的3.57 eV和5.92 eV，这表明水分解在异质结构中比在Ni 3 S 2 中更容易发生。
此外，氢原子在Ni(OH) 2 /Ni 3 S 2 中的吸附自由能小于Ni 3 S 2 ，说明异质结构的吸附能力较强。因此，与Ni 3 S 2 相比，无论是对于热能还是动力学，Ni(OH) 2 /Ni 3 S 2 异质结都表现出更强的催化活性。
Super-Hydrophilic Microporous Ni(OH) x /Ni 3 S 2 Heterostructure Electrocatalyst for Large-Current-Density Hydrogen Evolution. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202205719
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