不饱和镍表面氮化物助力稳定高效地电解海水制氢
阿德莱德大学乔世璋教授Adv. Mater.：不饱和镍表面氮化物助力稳定高效地电解海水制氢
使用碱性电解槽和可再生能源生产高纯度氢是实现能源和环境可持续性的一条有效途径。目前的碱性水分解系统使用纯水作为氢源。但是纯水无法满足可持续的工业制氢需求。海水作为一种绿色廉价的水资源，在电解水制氢领域具有很大的应用前景。同时，随着海洋能源技术的发展，碱性海水电解在生产绿色低成本氢气方面有着巨大优势。然而，目前碱性电解海水仍然面临着多种挑战。首先，催化剂应在高电流密度下需具有足够低的过电位以避免在阳极产生高氯化物。其次，目前商用贵金属基催化剂极易在海水中被毒化，从而影响电解槽的制氢性能。因此，开发稳定高效的电催化剂对海水电解过程至关重要。
海水电解制氢为未来清洁能源领域提供了低成本和绿色的能源转化的途径。然而，由于缺乏高效稳定的催化剂，海水制氢反应（HER）受到了很大阻碍。近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授（通讯作者）等人制备了一种具有高活性和稳定性的不饱和镍表面氮化物（Ni-SN@C）催化剂用于碱性海水HER。它在电流密度为10 mA/cm2时可实现23mV的低过电势，优于Pt/C在碱性海水电解液中的性能。与传统的过渡金属氮化物或金属/金属氮化物异质结构不同，Ni-SN@C没有形成完整的氮化镍相，而只在材料表面构建了不饱和Ni-N键。原位拉曼分析表明，Ni-SN@C的性能与Pt相似，能够在高pH值的电解液中生成水合氢离子，从而降低碱性HER的动力学能垒。该机理在两电极电解系统中得到印证。将阳极耦合水合肼氧化反应后，该系统仅需0.7V的电池电压即可达到1A/cm2的电流密度。该成果以题为“Stable
and Highly Efficient Hydrogen Evolution from Seawater Enabled by an Unsaturated Nickel Surface Nitride”发表在Adv. Mater.上。
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