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?俞書宏院士Angew.：Ni/V2O3異質(zhì)結(jié)催化劑助力堿性HOR

堿性燃料電池可以采用無Pt基金屬（PGM-free）催化劑和廉價(jià)的雙極板，從而進(jìn)一步降低成本。隨著PGM-free氫氧化反應(yīng)（HOR）催化劑的探索，Ni基化合物被認(rèn)為是最有前途的堿性氫氧化反應(yīng)催化劑。

基于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種通過形成鎳-釩氧化物（Ni/V₂O₃）異質(zhì)結(jié)激活Ni的界面工程，在堿中進(jìn)行高效的HOR催化。優(yōu)化后的Ni/V₂O₃催化劑具有0.038 mA cm^-2的高本征活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性。

通過DFT計(jì)算，作者研究了反應(yīng)中間體在HOR過程中的吸附能。作者首先優(yōu)化了Ni(110)、Ni(110)/V₂O₃和V₂O₃作為代表性催化表面的催化劑模型進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)樗鼈兪荋R-TEM研究顯示的暴露面。

DFT結(jié)果顯示Ni(110)表面的HBE為-0.61 eV，該HBE強(qiáng)度過大，導(dǎo)致Volmer步驟形成H₂O的高能壘。對(duì)于Pt催化劑，雖然其HBE值為-0.47 eV是合適的，但Pt(111)表面的OHBE太弱。

DFT計(jì)算進(jìn)一步表明，Ni/V₂O₃催化劑具有接近Pt(111)的優(yōu)化HBE值，并且相對(duì)于Pt(111)具有更強(qiáng)的OHBE。因此，Ni/V₂O₃催化劑具有近乎最佳的HBE和OHBE，加速了HOR動(dòng)力學(xué)。

作者還計(jì)算了V₂O₃催化劑的HBE和OHBE，V₂O₃催化劑的HBE太弱，約為-0.24 eV，難以吸附氫分子。因此，實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，Ni/V₂O₃異質(zhì)結(jié)界面可以優(yōu)化氫和羥基中間體的吸附，從而協(xié)同促進(jìn)堿性電解質(zhì)中HOR的活性。

Interfacial Engineering of Ni/V₂O₃ Heterostructure Catalyst for Boosting Hydrogen Oxidation Reaction in Alkaline Electrolytes. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202217275.

https://doi.org/10.1002/anie.202217275.

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