我院陈云贵教授团队在Angewandte Chemie上发表镍基高效氢氧化催化剂最新成果

      我院陈云贵教授团队王尧副研究员在国际期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Exploiting Lattice Carbon-Induced Modulation Effect in Nickel towards Efficient Alkaline Hydrogen Oxidation》的研究论文。

      近年来，碱性膜燃料电池在不依赖贵金属催化剂的情形下备受关注。然而，在阳极氢氧化反应，目前广泛研究的镍基非贵金属催化剂活性仍然与贵金属相差较大，其普遍认为的原因为镍的HBE过高。研究发现，将电负性强的非金属元素（B、C、N、O）嵌入镍的晶格，能够形成强烈的电子转移以及d-p轨道杂化，有效削弱镍的HBE。然而，上述掺杂往往伴随着hcp相（NiB/Ni₃C/Ni₃N）的形成，对于研究掺杂效应与活性之间的规律造成干扰。鉴于此，本文提出以氢作为清除剂去除热解还原过程中的晶格碳（LC）原子，以精细控制fcc Ni中LC原子的含量，并首次建立了LC含量与Ni的HOR活性之间的火山关系。

研究发现在Ar气中Ni-MOF前驱体的热解还原先后经历了O的脱出，晶格C的逸出。但Ar气无法全部清除晶格碳原子，在保温时引入H₂可以额外脱出晶格碳原子。因此，可以利用氢气浓度控制晶格碳原子的含量。

     随着热解过程中氢浓度的增加，fcc Ni中晶格碳原子含量逐渐降低，电子结构由类似Ni₃C的电子结构转变为准Ni的电子结构。同步辐射测试也分析得到区别于Ni-O的Ni-C配位。

      碱性HOR测试下，建立了LC含量与Ni活性之间的火山型关系。少量LC掺杂的镍（C_less-Ni）动力学质量活性为77 A g^–1，是金属Ni的22.6倍，优于目前报道的大多数先进的Ni基催化剂，并具备较强的稳定性。               

      理论计算表明，LC原子掺杂Ni后，Ni的d带中心发生了下移，导致HBE和OHBE的减弱。当用适当的LC原子修饰Ni时，其HBE明显减弱，并具有适中的OHBE，降低了Volmer步骤中水形成的能垒，促进HOR过程。这项工作通过LC原子掺杂调整金属的电子结构，为高性能催化剂的设计提供了灵感。

论文信息：

Exploiting Lattice Carbon-Induced Modulation Effect in Nickel towards Efficient Alkaline Hydrogen Oxidation

Jian He, Liu Luo, Jinchi Li, Shiqi Chen, Shuqi Yu, Liang Zeng, Yao Wang, Yungui Chen

文章的第一作者是四川大学的博士研究生何剑，通讯作者为王尧副研究员。

Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202423647

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202423647