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AM: 独特分级纳米棒-纳米颗粒结构,助力Ni-MoN高效碱性水/海水析氢

on style="white-space: normal; margin-bottom: 1.5em; line-height: 1.75em; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">碱性水电解制氢由于其廉价的设备要求和有效地避免酸雾和腐蚀,目前更具吸引力。为了加速碱性电解质中水解离步骤缓慢的动力学,并降低析氢反应(HER)的过电位,设计和制备高效、高度稳定的催化剂,特别是那些能够维持大电流密度的催化剂至关重要。

近日,休斯顿大学任志峰陈硕Luo Yu等制备出由非晶MoN纳米棒上的Ni和MoN纳米颗粒组成的非均相Ni-MoN催化剂,其具有在大电流密度下进行HER的出色性能。
Ni-MoN的分级纳米棒-纳米颗粒结构,以及大表面积和多维边界/缺陷赋予催化剂丰富的活性位点。而其介孔结构(孔径~6.5nm)和亲水表面有利于电解质的快速扩散和气泡的快速释放,并有效防止水电解过程中的催化剂降解。
理论计算进一步证明,在Ni和MoN之间的界面上发生了电荷交换和电子再分配,因此Ni-MoN处于高电导率的金属状态,Ni-MoN中的Mo位点具有较高的水吸附和解离能力,大大提高了缓慢的碱性HER动力学
因此,在1.0 M KOH溶液中,这种Ni-MoN催化剂在电流密度为100 mA cm-2和 1000 mA cm-2时的过电位分别为61 mV和136 mV;并在100 mA cm-2或500 mA cm-2的恒定电流密度下运行200小时保持稳定。
此外,这种HER 催化剂在碱性海水电解质中也能很好地工作,并在超低电池电压下对整体海水电解表现出出色的性能,当Ni-MoN与OER催化剂SSM偶联时,Ni-MoN||SSM对在整体水/海水电解过程中表现突出,显示出大规模生产H2的广阔前景。

Efficient Alkaline Water/Seawater Hydrogen Evolution by a Nanorod-nanoparticle-structured Ni-MoN Catalyst with Fast Water-dissociation Kinetics. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202201774


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