制備出一種安培級電流密度下堿性析氫反應(yīng)(HER)的高活性的非Pt基催化劑,對于新型陰離子交換膜(AEM)電解水具有重要意義,但具有挑戰(zhàn)性。基于此,湖南大學(xué)黃宏文教授和南京大學(xué)胡征教授(共同通訊作者)等人報道了一種納米錐組裝的Ru3Ni(NA-Ru3Ni)催化劑,在電流密度為1000 mA cm-2時表現(xiàn)出168 mV的低過電位,在100 mV時表現(xiàn)出26.5 s-1的周轉(zhuǎn)頻率。此外,該催化劑在60 ℃的實(shí)際AEM電解槽中可在1000 mA cm-2下穩(wěn)定工作2000 h,表現(xiàn)出了已報道中最佳的綜合性能。通過DFT計算,作者研究了增強(qiáng)的局域電場和濃縮的K+離子在調(diào)節(jié)堿性HER途徑的能量勢壘中的作用,即水解離的Volmer步驟和H2生成的Tafel步驟。在Ru3Ni(0001)表面分別構(gòu)建了一層不含K+(No K+)和1/12單分子層的水分子,以探討K+陽離子的影響。此外,作者還模擬了水分子層中帶一個負(fù)電荷但不含K+的Ru3Ni(0001)表面,以說明電場的影響。在三種不同模型下堿性HER的吉布斯自由能(ΔG)圖,展示了對應(yīng)的水解離能壘(ΔGW)和氫吸附自由能(ΔGH*)。結(jié)果表明,在三個模型中,ΔGW比ΔGH*大得多,表明水解離生成H*的過程是速率決定步驟。對于水解離,界面水化K+離子在促進(jìn)水解離過程中起主導(dǎo)作用,進(jìn)而加速HER動力學(xué)。因此,這些結(jié)果很好地支持了NA-Ru3Ni極大提高了堿性HER活性。Engineering a Local Potassium Cation Concentrated Microenvironment toward Ampere-Level Current Density Hydrogen Evolution Reaction. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE02836K.https://doi.org/10.1039/D2EE02836K.