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第一作者：Aoqi Wang

通讯作者：李灿，姚婷婷

通讯单位：中国科学院大连化学物理研究所

论文速览

对于碱性水电解析氢反应（HER），开发出高活性和耐久性电催化剂还具有挑战性。本论文研究了一种用于碱性水电解制氢的新型电催化剂，该催化剂通过在镍（Ni）基质中高度分散铈（Ce）来实现。

研究发现，引入Ce后，电催化剂在500 mA cm^-2电流密度下的过电位降低至169 mV，比未添加Ce的Ni基催化剂低137 mV。动力学分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，Ce的掺杂有助于促进水的解离过程，并通过改变费米能级附近的轨道占据来降低动力学缓慢的Volmer步骤的能量势垒。

此外，使用该电催化剂构建的电解槽在7 м KOH溶液中80 °C下运行2000 h，表现出1.67 V的低电池电压，证明了其在实际应用中的卓越稳定性。

图文导读

图1：催化剂的电催化性能。

图2：高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像和X射线光电子能谱（XPS）光谱。

图3：Ni/NM和NiCe_M/NM电极上沉积镍前后的HER电催化活性和Tafel斜率。

图4：模拟H的覆盖行为和Tafel与HER过电位的关系。

图5：DFT计算，包括Ni-片和NiCe-片的3D和2D差分电荷图。

图6：使用NiCe_M/NM作为阴极和阳极的双电极系统的循环伏安（CV）曲线，以及在7 м KOH溶液中80 °C、800 mA cm^-2恒定电流密度下电解槽的耐久性测试。

总结展望

本文开发的Ce掺杂Ni基电催化剂在碱性水电解中展现出优异的电催化活性和稳定性。实验结果表明，Ce的引入显著提高了水解离和HER动力学。DFT计算进一步证实了Ce掺杂对改善水解离步骤的积极作用。

此外，该电催化剂在工业条件下的长期稳定性测试中表现出色，证明了其在实际应用中的潜力。本工作为设计和开发高效的碱性水电解电催化剂提供了新的策略。

文献信息

标题：Electrocatalysts with Highly Dispersed Cerium in Nickel Matrix for Hydrogen Evolution in Alkaline Electrolyte

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400647