苏大/柏林工业大学AM：无定形NiB2用于高效电合成H2O2

苏州大学康振辉教授，刘阳教授，陈子亮副教授，柏林工业大学Prashanth W. Menezes等人通过用不同量的 BH₄^– 定向还原 Ni²⁺，灵活调节无定形NiB₂纳米结构的内在活性，以实现高效的 2e-ORR；无定形 NiB₂ 在 0.4 V电压下，2e^– 选择性接近99%，在较宽的电位范围内选择性超过 93% ；将NiB₂组装到气体扩散电极后，实现 4.753 mol g_cat^-1 h^-1 的超高 H₂O₂ 产率。

DFT计算硼化物对中间体 *OOH (ΔG_OOH*) 的吸附自由能，发现NiB₂ 的 ΔG_OOH* 值 (3.75 eV) 最接近理想值 3.52 eV，表明对 *OOH 的吸附和解吸能力达到最佳平衡，有利于 O-O 键的保留和 H₂O₂ 的产生；使用 ΔGOOH*描绘2e-ORR 路径的极限电位-火山图，发现NiB₂最接近火山图顶端，表明产生H₂O₂的活性最高；*OOH 转化为 *O 的自由吸附能垒约为 +0.21 V，大于 0.7 V *OOH 转化为 *O 的自由吸附能垒（-0.23 eV），表明高的二电子还原选择性；当 Ni 与 B 的比例较高时，例如 Ni₃B、Ni₂B 和 NiB，*OOH 的吸附模型倾向于侧向模式，不利于O-O键保留，当 B 与 Ni 的比例较高时，B 原子可以有效地隔离相邻 Ni 原子，导致*OOH 的端吸附模式，并有利于 O-O 键的保存；研究底物和*OOH之间的差分电荷密度分布发现NiB₂在底物和 *OOH 之间表现出适度的电荷相互作用，从而提高催化活性。以上结果表明，Ni电子结构和吸附模型可以通过 Ni 和 B 之间的原子比进行调整，从而优化 ΔG_OOH*。

Jie Wu, Meilin Hou, et al. Composition Engineering of Amorphous Nickel Boride Nanoarchitectures Enabling Highly Efficient Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide. Adv. Mater. 2022

https://doi.org/10.1002/adma.202202995