​中科大Angew.：Ni/V2O3的界面抑制Ni过度氧化，实现高效稳定催化碱性HOR

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​中科大Angew.：Ni/V2O3的界面抑制Ni过度氧化，实现高效稳定催化碱性HOR
质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)技术在燃料电池汽车的商业应用中发展迅速，该技术可直接将氢能转化为零排放的电能。然而，该技术的大规模应用受到的铂族金属(PGM)催化剂高成本的严重限制，因为PEMFCs严重依赖于PGM催化剂来克服阴极中缓慢的氧还原反应(ORR)。作为一种替代，阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以采用高效无PGM电催化剂。
然而，在碱性介质中，PGM催化剂上的阳极氢氧化反应(HOR)的活性非常慢，比在酸性介质中慢2-3个数量级。因此，探索和开发在碱性电解质中具有高性能的无PGM HOR催化剂是AEMFC技术成功的关键。
近日，中国科学技术大学俞书宏和余自友等通过界面工程策略来设计一种低成本的Ni/V2O3异质结构催化剂，该催化剂可以高效、稳定地催化碱性HOR。
​中科大Angew.：Ni/V2O3的界面抑制Ni过度氧化，实现高效稳定催化碱性HOR
​中科大Angew.：Ni/V2O3的界面抑制Ni过度氧化，实现高效稳定催化碱性HOR
Ni/V2O3催化剂的固有交换电流密度较高，为0.038 mA cm−2，远远优于单个Ni和V2O3催化剂。HOR催化剂的CO耐受性是实际氢燃料电池的一个重要参数，因此研究人员评估了Ni/V2O3和Pt/C催化剂在CO存在下的HOR活性。Ni/V2O3催化剂即使在1000 ppm CO存在时，仍然保持着优异的HOR活性。
然而，在相同的条件下，Pt/C催化剂损失了大部分的HOR活性，表明Ni/V2O3催化剂具有优越的CO耐受性。此外，该Ni/V2O3异质结构催化剂在连续运行16 h后，具有良好的稳定性，保留了初始HOR电流密度的98.5%，远优于大多数文献报道的无PGM HOR催化剂。
​中科大Angew.：Ni/V2O3的界面抑制Ni过度氧化，实现高效稳定催化碱性HOR
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实验结果和理论计算表明，该催化剂显著的HOR反应活性和耐久性可归因于Ni/V2O3界面位点；与纯的Ni催化剂相比，Ni/V2O3在恶劣的富羟基环境下可以优化氢和羟基结合，保护金属Ni免受过度氧化以稳定金属反应位点，从而实现持久稳定地催化HOR。总的来说，该项研究揭示了界面工程多组分设计策略对开发无铂族无金属、高效、稳定的HOR电催化剂的重要意义。
Interfacial Engineering of Ni/V2O3 Heterostructure Catalyst for Boosting Hydrogen Oxidation Reaction in Alkaline Electrolytes. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202217275

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