Nature子刊：具有快速水解动力学特性的MoNi4电催化剂用于高效产氢
【介绍】
能源危机和环境污染日益引起人们的关注，发展可再生能源替代化石资源显得尤为迫切。 氢分子能量密度高，其燃烧产物不污染环境。 氢分子作为优良的能源载体，满足未来全球能源需求。 在众多制氢方法中，水电解制氢（HER）是未来氢经济最经济有效的方式。 为了提高HER的动力学，特别是在碱性溶液中，具有高活性和高稳定性的电催化剂对于降低HER的动力学过电势非常重要。 贵金属铂在当前水碱电解液等制氢技术中占据主导地位。 然而铂金的短缺和昂贵的价格严重限制了其在水电解领域的大规模应用。 此外，在商业水碱电解质中，铂基电催化剂由于其水分解动力学较差，导致制氢活性较差。
【成果介绍】
近日，德国德累斯顿工业大学冯新亮教授等人发表题为“on MoNi4 with fast water”的论文。 研究人员在退火过程中控制了附着在泡沫镍上的前驱体的外部镍原子。 通过扩散，由 MnO2 立方体支撑的 MoNi4 电催化剂可以在泡沫镍 (MoNi4/MoO2@Ni) 上生长。 此外，MoNi4电催化剂在1M氢氧化钾电解液中的起始电位为0，在10mA/cm2电流下的过电位为15mV，塔菲尔斜率为30mV/。 这一结果完全可以与铂以及那些性能优异的铂基电催化剂相媲美。 加上其大规模的制备方法和优异的催化稳定性，MoNi4电催化剂在实际水碱电解质中的应用非常有前景。 。
【图文介绍】
图1 泡沫镍上MnO2立方体负载MoNi4电催化剂的合成示意图
比例尺，泡沫镍，20 毫米（顶部）和 1 毫米（底部）； 镍泡沫，10 毫米（顶部）和 2 毫米（底部）； MoNi4/MoO2/Ni 泡沫，20 毫米（顶部）和 1 毫米（底部）。
图2 MoNi4/MoO2@Ni的形貌及化学成分分析
(ac) MoNi4/MoO2@Ni 的 SEM 图像。
(df) MoNi4/MoO2@Ni 的 TEM 图像。
(g) MoNi4 电催化剂和 MnO2 立方体的相应元素图。
比例尺，(a) 20 mm； (b)1毫米； (c)100纳米； (df)2纳米； d 中的插图，11/nm； (g)20纳米。
图3 不同催化剂催化活性对比
(a) MoNi4/MoO2@Ni、纯Ni纳米片和MoO2@Ni的极化曲线。
(b) MoNi4/MoO2@Ni、纯Ni纳米片和MoO2@Ni的塔菲尔曲线。
(c) 与其他性能优异的HER电催化剂的比较。
(d) MoNi4电催化剂2000次循环伏安前后的极化曲线； 插图：MoNi4电催化剂在不同电流下的长期稳定性测试：10； 100； 和200mA/cm2。 电解液：1M KOH水溶液；扫描速度：。
图4 密度泛函理论计算
(a)计算H2O吸附自由能、活化H2O吸附自由能、OH吸附自由能和H吸附自由能。
(b) 阶梯吸附自由能计算图。
(c)塔菲尔步骤吸附自由能计算图。
蓝球：镍； 浅绿色球：钼； 红球：氧气。
【总结】
本文报道了一种 MoNi4 电催化剂，可以在由 MnO2 立方体支撑的泡沫镍或碳布上生长。 由于该步骤的能垒大大降低，MoNi4电催化剂在碱性条件下表现出较高的HER活性，可与铂和已报道的优异的铂基电催化剂相媲美。 此外，大规模制备和优异的催化稳定性使得MoNi4/MoO2@Ni在水-碱电解质体系中制氢方面非常有前景。 因此，对MoNi4电催化剂的探索和认识为研究人员在新容量应用中替代铂催化剂提供了方向。
文献链接：关于MoNi4与快水（，2017，DOI：10.1038/）
本文由材料人新能源学术组陈子撰稿，材料牛编译编辑。
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