氫氧化反應(yīng)(HOR)最近引起了極大的關(guān)注，然而非鉑族金屬催化劑在堿性條件下表現(xiàn)出較差的HOR性能，這嚴(yán)重阻礙了氫氧化物交換膜燃料電池的發(fā)展。這里，基于相和界面工程，可以顯著增強(qiáng)碳化鎳(Ni3C) 納米枝的堿性HOR性能。具體而言，是通過對枝狀Ni3C納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡易的退火處理，獲得Ni/Ni3C異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)界面工程。作為一種有前途的非鉑族金屬HOR催化劑，Ni/Ni3C的強(qiáng)界面協(xié)同作用顯著提高了其在堿性介質(zhì)中的HOR性能，活性與商業(yè)Pt/C催化劑相當(dāng)，并表現(xiàn)出優(yōu)異的CO耐受性。機(jī)理研究表明，界面協(xié)同作用促進(jìn)了Ni向Ni3C的電子轉(zhuǎn)移，從而調(diào)節(jié)了*H和*OH物種的吸收強(qiáng)度。這項工作為設(shè)計高性能非鉑族金屬電催化劑開辟了新的途徑。
Figure 1. (a)Ni/Ni3C/C異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成程序示意圖。(b) XRD圖。(c) HAADF-STEM圖和(d) HRTEM圖。(e) XRD圖譜(插圖:Ni3C/C-350的結(jié)構(gòu))。(f)Ni3C/C-350的TEM圖和(g) HRTEM圖。(h)Ni3C/C-350的STEM和EDS圖。
Figure 2. (a) XPS譜圖。（b）Ni L-邊TEY XAS光譜。(c) Ni K-邊XANES光譜,插圖是圓圈區(qū)域的放大圖像。(d) EXAFS光譜。(e)小波變換。
Figure 3. (a) HOR極化曲線比較。(b) Ni3C/C-350 在不同旋轉(zhuǎn)速率下的極化曲線。 (c) Tafel 圖從極化曲線和B-V方程擬合結(jié)果 (d) 動力學(xué)電流比較。
Figure 4. (a) Ni3C/C-200, (b) Ni3C/C-350 和 (c) Ni3C/C-400的加速耐久性試驗結(jié)果。(d-f) 1000 ppm CO存在下，三種催化的極化曲線比較。(g) 在0.05 V電位下存在1000 ppm CO時，相對電流-時間計時電流響應(yīng)。
Figure 5. Ni/Ni3C界面上HOR活性的DFT計算。（a）優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型。(b) H*吸附的自由能圖。(c)所計算的OH*結(jié)合能。（d）所計算的態(tài)密度（PDOS）。
該研究工作由廈門大學(xué)Xiaoqing Huang和常熟理工學(xué)院Hongbo Geng課題組于2021年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Phase and interface engineering of nickel carbide nanobranches for efficient hydrogen oxidation catalysis。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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