​李灿院士Angew.：合理调节中间体吸附，促进Ni3Sn2-NiSnOx有效催化析氢反应

碱性析氢反应(HER)由水解离、羟基(OH⁻)转移过程和伴随双电子转移的氢-氢键形成等几个基本过程组成。有研究表明，水在催化剂上的解离吸附能和H*和OH⁻的吸附能是影响碱性HER的三个关键因。

为了克服缓慢的碱性HER动力学，应根据以下原理设计一种高效的HER电催化剂：低水解离能垒和适当的H结合和OH结合能(HBEs和OHBEs)。在单组分电催化剂上很难同时满足这些内在功能的要求，而由不同功能组分组成的复合电催化剂可以为同时微调H*和OH⁻物种的水解离动力学、吸附和解吸能力，这有利于实现高效的碱性HER过程。

基于此，兰州大学李灿课题组设计并制备了Ni₃Sn₂-NiSnO_x催化剂，通过引入比Ni亲氧性能较低、氢吸附能力较弱的Sn元素，有效提升了碱性HER活性。通过密度泛函理论(DFT)计算表明，金属间Ni₃Sn₂组分具有适当的HBE和较低的OH⁻吸附能力，而NiSnO_x组分促进了水的解离和OH⁻转移过程。相应地，两种组分的结合导致了水的高效解离吸附，OH⁻容易解吸，同时容易形成氢-氢键，从而大大提高了复合材料中的HER动力学。

因此，在1.0 M KOH溶液中，最优的Ni₃Sn₂-NiSnO_x复合材料在10和1000 mA cm⁻²电流密度下的HER过电位分别仅14和165 mV，并且其具有优异长期稳定性，与最先进的碱性HER无贵金属阴极相当。

此外，在80℃条件下和30% KOH电解质中，以Ni₃Sn₂-NiSnO_x为阴极和NiFe(OH)_x/Ni₃S₂/Ni为阳极组装的双电极系统在1.53 V的电池电压下获得了1000 mA cm⁻²的电流密度，并且连续运行4个月(3000小时)而不会发生明显的性能损失。综上，这项工作强调了活性位点和所有相关中间体之间的内在相互作用对制备高效的电催化剂的意义，并且推动了大规模H₂生产的进一步发展。

Rationally Modulating the Functions of Ni₃Sn₂-NiSnO_x Nanocomposite Electrocatalysts towards Enhanced Hydrogen Evolution Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202301562