HER 电催化剂研究进展
近年来,弱碱性条件下过渡金属基 HER 电催化剂的开发仍在积极探索中。对于弱碱性条件下 HER电催化剂的研究主要针对镍(Ni)、钴(Co)、钼(Mo)、铜(Cu)、铁(Fe)等非贵金属元素,通过元素掺杂、合金化、磷化物和硫族化物,或引入碳同素异形体,如碳纳米管和石墨烯,在结构上开发具有缺陷位点、高比表面积纳米材料等。
现阶段对 HER 非贵金属基电催化剂的研究按金属元素主要分为以下两方面。
① Ni 基电催化剂。由于 Ni 基催化剂在碱性介质中具有较高的活性和优异的耐腐蚀性,并且比其他过渡金属(如 Fe、Co)更稳定,因此镍基催化剂被研究作为 HER 催化剂来取代 Pt 基催化剂。类似 OER 中的 NiFe 基,由于 Co 能增强 Ni 的活性表面积和催化活性,且 Ni 与 Co 相互作用的协同效应能降低 H−OH 键解离的能量势垒,加速 Volmer步骤,因此 NiCo 基催化剂常作为 HER 催化剂。
② Co 基电催化剂。Co 因其在改善镍基催化剂动力学方面的作用而受到关注。与包含 CoFe 和Co 氧化物的钴基 OER 电催化剂不同,在 AEM 电解中用作阴极的钴基析氢催化剂通常是 Co 磷化物、硫化物。因磷、硫、氮等杂原子可以作为活性位点参与HER 反应。
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