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ChemSusChem:α-氢氧化镍薄膜助力金属镍碱性析氢


近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所江河清团队与合作者在ChemSusChem期刊发表论文:通过深入研究三种典型镍基电催化剂(Ni、α-Ni(OH)2 和 β-Ni(OH)2)的碱性析氢过程,探讨了决定镍基催化剂活性和耐久性的关键因素。

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开发高效、稳定的析氢催化剂是构建可再生能源电解水制氢系统的关键之一。与传统的贵金属铂族金属催化剂相比,过渡金属镍基催化剂由于低廉的成本、优异的导电性和本征催化活性,成为了工业碱性电解水系统通用的阴极催化剂。然而,镍基催化剂在碱性介质中反应动力学缓慢、不稳定等问题严重制约了基于碱性条件下水分解的制氢系统的开发。


基于此,中国科学院青岛生物能源与过程研究所江河清团队与合作者通过严格控制质量负载、电化学活性面积、基底和温度等因素,建立了三种典型镍基催化剂的析氢活性趋势,即Ni >> α-Ni(OH)2 > β-Ni(OH)2。结合表面组分调控和原位阻抗技术,发现金属Ni和α-Ni(OH)2优异的析氢性能分别得益于表面上的金属Ni和Ni(OH)2组分之间的协同作用和α-Ni(OH)2表面上的快速水离解动力学过程。然而,随着析氢反应的进行,金属Ni的催化性能出现急剧下降。利用实时X射线衍射和拉曼表征,发现金属Ni电极表面逐渐变成α相氢氧化镍,并最终转变为β相氢氧化镍。


因此,该团队在镍金属电极上涂覆了α相氢氧化镍纳米片薄膜以减缓镍的羟基化并优化表面氢氧化镍与金属镍组分比例。后续的活性和稳定性实验表明α相氢氧化镍薄膜引入确实提高了镍金属催化剂的活性和耐久性。


该研究工作加深了对碱性析氢机理的理解,并为新型过渡金属基析氢催化剂的设计提供了方向。

文信息

Alpha-Nickel Hydroxide Coating of Metallic Nickel for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution

Dr. Song Xue, Dr. Yunchang Liang, Shujin Hou, Yajing Zhang, Prof. Dr. Heqing Jiang


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202201072




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