第一作者：Aoqi Wang

通訊作者：李燦，姚婷婷

通訊單位：中國科學院大連化學物理研究所

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對于堿性水電解析氫反應（HER），開發出高活性和耐久性電催化劑還具有挑戰性。本論文研究了一種用于堿性水電解制氫的新型電催化劑，該催化劑通過在鎳（Ni）基質中高度分散鈰（Ce）來實現。

研究發現，引入Ce后，電催化劑在500 mA cm^-2電流密度下的過電位降低至169 mV，比未添加Ce的Ni基催化劑低137 mV。動力學分析和密度泛函理論（DFT）計算表明，Ce的摻雜有助于促進水的解離過程，并通過改變費米能級附近的軌道占據來降低動力學緩慢的Volmer步驟的能量勢壘。

此外，使用該電催化劑構建的電解槽在7 м KOH溶液中80 °C下運行2000 h，表現出1.67 V的低電池電壓，證明了其在實際應用中的卓越穩定性。

圖文導讀

圖1：催化劑的電催化性能。

圖2：高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像和X射線光電子能譜（XPS）光譜。

圖3：Ni/NM和NiCe_M/NM電極上沉積鎳前后的HER電催化活性和Tafel斜率。

圖4：模擬H的覆蓋行為和Tafel與HER過電位的關系。

圖5：DFT計算，包括Ni-片和NiCe-片的3D和2D差分電荷圖。

圖6：使用NiCe_M/NM作為陰極和陽極的雙電極系統的循環伏安（CV）曲線，以及在7 м KOH溶液中80 °C、800 mA cm^-2恒定電流密度下電解槽的耐久性測試。

總結展望

本文開發的Ce摻雜Ni基電催化劑在堿性水電解中展現出優異的電催化活性和穩定性。實驗結果表明，Ce的引入顯著提高了水解離和HER動力學。DFT計算進一步證實了Ce摻雜對改善水解離步驟的積極作用。

此外，該電催化劑在工業條件下的長期穩定性測試中表現出色，證明了其在實際應用中的潛力。本工作為設計和開發高效的堿性水電解電催化劑提供了新的策略。

文獻信息

標題：Electrocatalysts with Highly Dispersed Cerium in Nickel Matrix for Hydrogen Evolution in Alkaline Electrolyte

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400647