開發(fā)具有高活性和穩(wěn)定性的雙功能性耐腐蝕的析氫/析氧反應(yīng)（HER/OER）雙功能電催化劑，特別是在海水中電解，但仍然具有挑戰(zhàn)性。
基于此，青島科技大學(xué)王磊教授和吳則星副教授、中國石油大學(xué)（華東）柴永明教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了通過在泡沫鎳上熱處理Ni ZIF-L納米片，在衍生非晶NiOn上原位引入PtOx合成了PtOx-NiOn/NF。結(jié)果表明，PtOx-NiOn/NF電極在電流密度為10 mA·cm?2時(shí)，HER和OER分別僅需32和240 mV的極低過電位，超過了大多數(shù)報(bào)道的電催化劑，甚至是商用Pt/C和RuO2電極。
此外，基于PtOx-NiOn/NF的雙電極電池，在1 M KOH和堿性海水中分別需要低至1.57 V和1.58 V電壓驅(qū)動(dòng)10 mA·cm-2，耐久性能和穩(wěn)定性顯著。在工業(yè)條件下，要實(shí)現(xiàn)1000 mA·cm-2的水裂解，需要1.88 V的低電池電壓。
通過DFT計(jì)算，作者研究了PtOx和NiOn表面上的這些關(guān)鍵反應(yīng)步驟以及組分之間的相互作用，計(jì)算并比較了PtOx、NiOn和PtOx位點(diǎn)在PtOx-NiOn/NF（PtOx-NiOn/NF-1）和NiOn位點(diǎn)在PtOx-NiOn/NF（PtOx-NiOn/NF-2）優(yōu)化模型上H2O和H*（ΔGH*）的吸附能。
PtOx-NiOn/NF-1催化劑PtOx位點(diǎn)上H2O分子解離能力的提高是因?yàn)槠湮侥芨哂赑tOx樣品，表明雜化物中的NiOn對(duì)HER具有擴(kuò)張作用，同時(shí)PtOx-NiOn/NF-2中NiOn位點(diǎn)的吸附能高于NiOn催化劑，保證了H2O在PtOx位點(diǎn)上的有效吸附和活化，有利于后續(xù)的H2演化，進(jìn)一步證明了PtOx和NiOn組分在混合催化劑中的堿性HER性能的提高。
此外，PtOx-NiOn/NF-1中PtOx位點(diǎn)的水解離動(dòng)能勢壘比PtOx催化劑低，表明PtOx-NiOn/NF-2中NiOn位點(diǎn)的水解離能勢壘比NiOn低，則說明各組分在性能提升中發(fā)揮了重要作用。
PtOx-NiOn/NF-1中PtOx位點(diǎn)的ΔGH*為-0.51 eV，更接近0 eV，低于PtOx催化劑，表明NiOn可以作為催化活性中心，同時(shí)PtOx-NiOn/NF-2中NiOn位點(diǎn)的ΔGH*較NiOn催化劑低0.95 eV，表明PtOx在PtOx-NiOn/NF中也具有活性位點(diǎn)，增強(qiáng)了H吸附動(dòng)力學(xué)。
Amorphous NiOn coupled with trace PtOx toward superior electrocatalytic overall water splitting in alkaline seawater media. Nano Res., 2023, DOI: 10.1007/s12274-022-5369-0.
https://doi.org/10.1007/s12274-022-5369-0.
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