石大AFM：Ni/Co双原子位点的邻近电子效应协同促进电催化氧还原和析氢

随着传统化石燃料的短缺和环境污染的加剧，开发可持续的、清洁的替代能源势在必行。金属-空气电池和电解水技术因其能量转换效率高、零碳排放等优点，被认为是绿色和可再生能源生产和储存的关键技术。氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）是金属-空气电池和电解水的核心反应，但在现有技术中，它们的动力学缓慢，阻碍了能量转换效率的提高。因此，需要适当的电催化剂来降低反应的能垒，促进反应动力学。到目前为止，Pt基催化剂仍然是最优异的催化剂，但其成本高、稳定性差、储存量低严重限制了其大规模应用。因此，开发高性能、稳定的非贵金属基ORR和HER电催化剂，达到与Pt基催化材料相当甚至更好的水平迫在眉睫。

中国石油大学（华东）潘原等人提出了一种Ni/Co双原子位点（DASs）的邻近电子效应（PEE），Ni/Co双原子被固定在 N 掺杂的碳（N-C）上（NiCo DASs/N-C），用于协同促进电催化ORR和HER。

NiCo DASs/N-C电催化剂在碱性和酸性溶液中表现出优异的半波电位（0.880和0.754 V），远高于单一金属催化剂Ni SAs/N-C（0.716和0.618 V）和Co SAs/N-C（0.746和0.661 V），在碱性电解质中NiCo DASs/N-C和Co SAs/N-C半波电位的差距，说明相邻的Ni-N₄位点对促进Co-N₄位点的ORR动力学有显著的作用。除了优异的ORR活性外，NiCo DASs/N-C也表现出优异的HER活性。

与Ni SAs/N-C（579和598 mV）和Co SAs/N-C（587和560mV）相比，NiCo DAS/N-C在碱性和酸性条件下只需要更低的189和260mV 的过电位就能达到10 mA cm^-2的电流密度。通过旋转圆盘电极实验，对NiCo DAS/N-C的ORR过程进行了研究。在比Pt/C催化剂低0.2至0.9 V的电位范围内，NiCo DASs/N-C的电子转移数为3.9-4，表明NiCo DASs/N-C催化的ORR过程是从O₂到H₂O的高选择性四电子还原过程。

加入甲醇后NiCo DASs/N-C的相对电流略有变化，而商用 Pt/C的下降幅度更大，表明NiCo DASs/N-C的甲醇耐受性优于 Pt/C。此外，通过循环伏安测试和计时电位测试还表明NiCo DASs/N-C在碱性和酸性电解质中具有出色的稳定性。

原位表征结果表明，Co-N₄是O₂吸附活化过程的主要活性位点，促进了关键^*OOH的形成和^*OH中间体的脱附，从而加速了多电子反应动力学。理论计算表明，相邻Ni-N₄位点可以有效调节邻近Co-N₄位点的电子，促进Co-N₄位点上的^*OH脱附和^*H吸附，从而显著促进ORR和HER过程。本研究为设计高效的双功能电催化剂提供了指导，具有广阔的应用前景。

Proximity Electronic Effect of Ni/Co Diatomic Sites for Synergistic Promotion of Electrocatalytic Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution, Adv. Funct. Mater., 2022, DOI：10.1002/adfm.202210867.

https://doi.org/10.1002/adfm.202210867

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