不飽和鎳表面氮化物助力穩定高效地電解海水制氫

　　阿德萊德大學喬世璋教授Adv. Mater.：不飽和鎳表面氮化物助力穩定高效地電解海水制氫

　　使用堿性電解槽和可再生能源生產高純度氫是實現能源和環境可持續性的一條有效途徑。目前的堿性水分解系統使用純水作為氫源。但是純水無法滿足可持續的工業制氫需求。海水作為一種綠色廉價的水資源，在電解水制氫領域具有很大的應用前景。同時，隨著海洋能源技術的發展，堿性海水電解在生產綠色低成本氫氣方面有著巨大優勢。然而，目前堿性電解海水仍然面臨著多種挑戰。首先，催化劑應在高電流密度下需具有足夠低的過電位以避免在陽極產生高氯化物。其次，目前商用貴金屬基催化劑極易在海水中被毒化，從而影響電解槽的制氫性能。因此，開發穩定高效的電催化劑對海水電解過程至關重要。

　　海水電解制氫為未來清潔能源領域提供了低成本和綠色的能源轉化的途徑。然而，由于缺乏高效穩定的催化劑，海水制氫反應（HER）受到了很大阻礙。近日，澳大利亞阿德萊德大學喬世璋教授（通訊作者）等人制備了一種具有高活性和穩定性的不飽和鎳表面氮化物（Ni-SN@C）催化劑用于堿性海水HER。它在電流密度為10 mA/cm2時可實現23mV的低過電勢，優于Pt/C在堿性海水電解液中的性能。與傳統的過渡金屬氮化物或金屬/金屬氮化物異質結構不同，Ni-SN@C沒有形成完整的氮化鎳相，而只在材料表面構建了不飽和Ni-N鍵。原位拉曼分析表明，Ni-SN@C的性能與Pt相似，能夠在高pH值的電解液中生成水合氫離子，從而降低堿性HER的動力學能壘。該機理在兩電極電解系統中得到印證。將陽極耦合水合肼氧化反應后，該系統僅需0.7V的電池電壓即可達到1A/cm2的電流密度。該成果以題為“Stable

　　and Highly Efficient Hydrogen Evolution from Seawater Enabled by an Unsaturated Nickel Surface Nitride”發表在Adv. Mater.上。