用于高效堿性析氫反應(HER)的過渡金屬氧化物電催化劑在能量轉(zhuǎn)換方面具有優(yōu)異的性能，但其面臨著緩慢的水解離和不利的氫遷移和耦合的限制。

韓國成均館大學Hyoyoung Lee團隊利用密度泛函理論(DFT)研究了NiO上化學羥基化和物理異質(zhì)界面誘導的電子調(diào)控，為設計出高堿性HER性能的電催化劑提供新的策略。

作者對Cu、NiO/Cu、HO-NiO、HO-NiO/Cu和2HO-NiO/Cu這幾種構(gòu)型進行DFT計算。結(jié)果表明，羥基化能夠加速水分解，水分解富集的H*最初穩(wěn)定在NiO的O位點，然后通過異質(zhì)界面以溫和的吸附能逐步轉(zhuǎn)移到Cu表面(Cu為H₂的形成和釋放提供了豐富的反應位點)。

從熱力學的角度來看，這種溢出通道能夠使H*快速遷移，從而可以被Cu有效地利用來生成H₂。

結(jié)合DFT計算結(jié)果，作者將活性NiO負載到銅表面上得到NiO/Cu，隨后在中等濃度KOH中進行電化學羥基化(HO_M-NiO/Cu)。

該催化劑具有優(yōu)異的HER性能，1.0 M KOH中，10 mA cm^-2和1000 mA cm^-2的電流密度下，HO_M-NiO/Cu分別具有33 mV和310 mV的過電位。另外，利用其進行光電化學水和海水分解，太陽能-氫氣(STH)轉(zhuǎn)換效率分別為20.7%和20.63%。

Unraveling the synergy of chemical hydroxylation and the physical heterointerface upon improving the hydrogen evolution kinetics. ACS Nano, 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05324