【催化】Angew. Chem.：组分可调控的镍基反钙钛矿氮化物高效析氢催化剂

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氢具有能量密度高、零排放等优点，是目前最有前景的清洁能源之一。尤其是现在氢燃料电池汽车产业正处于蓬勃发展阶段，其重要性更加凸显。利用风能等间歇性可再生能源产生的电力电解水制氢，是一种绿色环保的制氢技术。开发廉价、导电性好、高活性、高稳定性的析氢电催化剂是水电解制氢技术规模化发展的重要一步。

在众多廉价的非贵金属基电催化剂中，过渡金属氮化物材料由于金属d电子与氮元素2p电子的不完全杂化而具有良好的导电性，在电催化领域受到广泛关注。在过渡金属氮化物中，有一类具有反钙钛矿结构的氮化物，不仅具有高导电性，而且还具有成分可调的特点，即可以在保持晶体结构不变的情况下控制氮化物的成分。过渡金属被取代。利用这一特性，可以通过调整材料的组成来控制催化剂的电子结构，从而优化电催化活性。目前，反钙钛矿结构氮化物在电催化领域的研究报道还相对较少，缺乏对组分控制、电子结构与电催化性能之间关系的研究。鉴于此，华南理工大学崔志明教授团队与L教授共同研究了反钙钛矿氮化物材料——xNNi3（0≤x≤1）。通过成分控制策略，他们调节了反钙钛矿氮化物材料的电子结构，以优化电催化析氢活性。

作者用Cu或In部分取代了反钙钛矿ANNi3中的A位置（A=Cu或In），得到了一系列-xNNi3。通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜和 X 射线衍射仪对所得材料进行了分析。执行相和结构表征。结果表明，元素替代前后，材料保持了Pm-3m反钙钛矿氮化物的结构，但由于元素替代前后Cu和In原子半径的差异，材料的晶格常数发生了变化。

在碱性电催化析氢实验中，部分取代的材料比未取代的材料表现出更好的析氢活性，其中Cu0.4In0.6NNi3具有最好的本征比活性。在电流密度为 10 mA cmgeo−2 时，其过电势仅为 42 mV，塔菲尔斜率仅为 51 mV dec-1。与大多数其他非贵金属析氢催化剂相比，其活性也更好。 100 mA cmgeo−2大电流密度下的电催化析氢稳定性测试表明，Cu0.4In0.6NNi3的耐久性远高于Pt/C催化剂。经过60小时的测试，其活性几乎没有衰减。理论计算结果表明，A位金属部分取代后，材料活性位点水解离步骤的能垒更低，材料的氢吸附自由能也得到优化，显着提高了材料的氢吸附自由能。部分取代材料的析氢活性。

该团队提出的基于成分控制的优化反钙钛矿镍基氮化物电催化析氢活性的策略，可为其他反钙钛矿氮化物催化剂的开发提供有效的设计思路，其应用范围可拓展至电催化领域更加广阔。该结果最近发表在该杂志上。文章第一作者为华南理工大学博士生张家喜，通讯作者为华南理工大学崔志明教授和加州大学欧文分校L. Xin教授。

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张家喜、张、杜立、辛立、约翰·B、崔

安吉乌。化学。国际。编辑，2020 年，DOI：10.1002/anie。

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