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Nature子刊:Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C實現(xiàn)堿性電解質(zhì)中HER

Nature子刊:Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C實現(xiàn)堿性電解質(zhì)中HER
催化協(xié)同表現(xiàn)為不同金屬之間的金屬間相互作用。基于此,澳大利亞新南威爾士大學趙川教授(通訊作者)等人報道了單金屬結(jié)構(gòu)的相間協(xié)同作用同樣有效。
Ni(OH)2和Ni-N/Ni-C相之間的相間協(xié)同作用被報道為堿性析氫反應(yīng)(HER),降低了氫吸附-解吸的能量障礙,并促進了羥基中間體的能量障礙。
測試結(jié)果表明,對比單相Ni(OH)2催化劑,合成的Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C異質(zhì)分層納米結(jié),在堿性介質(zhì)中傳輸-10和-100 mA cm-2的過電位分別降低了102和113 mV。
Nature子刊:Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C實現(xiàn)堿性電解質(zhì)中HER
本文通過DFT計算,利用從頭計算*H中間體的總吸附能來研究界面協(xié)同作用的機理。將Ni(OH)2與Ni-N/Ni-C相結(jié)合,即NiN3-C和NiN4-C兩種Ni-N配位,預(yù)測了最佳*H吸附能。
通過計算Hads在兩個不同吸附位點下的Gibbs吸附自由能(?G(*H)),得出Ni(OH)2@NiN3-C中NiN3-C相中*H在Ni頂位和Ni橋位的吸附分別為1.23 eV和0.49 eV。
Nature子刊:Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C實現(xiàn)堿性電解質(zhì)中HER
此外,通過對OHads的Gibbs吸附自由能計算,NiN3-C相Ni頂部位置的放松*OH吸附值為1.744 eV。
作者還計算了Ni(OH)2@NiN3-C相中*H、*OH和H2O在Ni活性位點上的吸附過程中Bader電荷的損失和增益,表明Hads和OHads吸附物的表面相互作用分別在橋位點(Ni-C)和頂位點(Ni在NiN3-C)進行得較好。
*H中間體吸附在Ni頂部和橋位點,*OH中間體吸附在Ni頂部,以及Ni(OH)2@NiN3-C相中解離*H-*OH在Ni頂部和橋位點上的共吸附。
Nature子刊:Ni(OH)2@Ni-N/Ni-C實現(xiàn)堿性電解質(zhì)中HER
Monometallic interphasic synergy via nano-hetero-interfacing for hydrogen evolution in alkaline electrolytes. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36100-3.
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36100-3.

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