四单位联合AFM: Ni螯合物纳米阵列表面重构，有效促进全水分解

氢气作为一种环境友善的能源，可以直接燃烧而不排放温室气体。水电解制氢是一种绿色的制氢方法，同时使用双功能催化剂在节约成本和简化设计方面发挥着关键作用。典型的贵金属催化剂对水电解具有优异的催化活性，但由于价格昂贵而限制了其广泛应用。最近，过渡金属化合物替代物的研究已经取得了广泛的进展。在几种过渡金属中，Ni以其在碱性介质中显著的电化学活性成为最有前途的催化剂之一。然而，Ni基催化剂有限的稳定性和苛刻的合成条件要求进一步优化其形态和简化反应步骤，以获得更好的催化性能。

近日，阿德莱德大学段晓光、河南科技大学任凤章、河南大学孙自许和洛阳理工学院王芳等报道了一种Ni基双功能电催化剂(DNi@NF)，该电催化剂是通过在温和温度下煅烧生长在泡沫镍表面的Ni-丁二酮肟纳米棒阵列而获得的。在DNi@NF的制备过程中，通过酸刻蚀在泡沫镍表面形成尺寸均匀、分布均匀的多边形凹坑，并在凹坑内通过微反应合成棒状DNi阵列。

经煅烧后，纳米棒保持完整，而DNi表面由复合物转变为碳包覆的Ni/Ni(OH)₂非均相纳米颗粒，大大提高了材料的亲水性，从而增加了接触碱性介质的活性中心的数量。此外，Ni/Ni(OH)₂异质结优化了HER的反应能垒，促进了中间体的传质。

得益于优化的表面性质和有序的纳米阵列结构，最优的DNi@NF-260催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的HER过电位仅为38.4 mV；同时仅需369 mV的OER过电位就能达到200 mA cm⁻²的电流密度。此外，基于DNi@NF-260的水分解槽仅需1.886 V的电池电压就能达到200 mA cm⁻²的电流密度，并且该电解槽能够在100 mA cm⁻²下连续稳定运行超过50小时，证实其具有实际应用的潜力。

总的来说，该项工作报道了一种简单的温和条件下原位制备催化剂的策略，为应用于碱水电解的自支撑、低成本、高性能过渡金属基催化剂的优化设计提供了新的思路。

In situ growth and dynamic transformation of nickel chelate nanoarrays into reactive surface reconstituted heterostructure for overall water splitting. Advanced Functional Materials , 2024. DOI: 10.1002/adfm.202407407