南开大学焦丽芳，发表AM！

2025年2月18日上午11:48 • 顶刊解读

水电解是获得高纯氢气以缓解环境污染和能源危机的有效途径。然而，缓慢的阳极析氧反应(OER)动力学往往使双电极水电解槽需要更高的电池电压。因此，用理论热力学电位相对较低的有机小分子氧化反应代替OER是非常可取的。肼氧化反应(HzOR)替代OER可以实现节能制氢，同时避免了H₂和O₂的混合，防止制氢过程中的爆炸危险。由于贵金属的高成本和稀缺性，开发非贵金属双功能催化剂以加HER和HzOR动力学是推动肼辅助水电解发展的关键。

近日，南开大学焦丽芳课题组通过引入高价钨掺杂来构建具有压缩应变的Ni₃N，实现应变区域d轨道的电子排布操纵，从而优化中间体的结合强度，激活水和N₂H₄。

结合理论计算和实验结果，W掺杂Ni₃N的优异的双功能性能源于其调制电子结构和本征晶格应变的双重作用。W引入引起表面原子的压缩应变，增强了表面电子态，降低了活性中心的d带中心，同时建立了HER活性与表面应变之间的关系。

此外，这种压缩应变降低了催化剂表面的功函数，促进了中间体的反键合电子转移，从而削弱了共价O-H键和N-H氢键。因此，这种机制增强了水分子解离和肼氧化的热力学性能。

性能测试结果显示，所制备的W-Ni₃N催化剂在碱性条件下仅需46 mV的HER过电位就能达到10 mA cm^-2的电流密度；对于HzOR，达到100 mA cm^-2电流密度所需的过电位为81 mV。

值得注意的是，基于W-Ni₃N的双电极肼分裂(OHzS)电解槽达到10和400 mA cm^-2所需要的电池电压分别为0.071和0.76 V，并且其能够在50 mA cm^-2下连续稳定电解超过450小时，显示出巨大的应用前景。

综上，该项研究为节能制氢提供了一个高效的解决方案，并揭示了晶格应变、电子结构和催化活性之间错综复杂的关系，为开发具有特定性能的电催化剂提供了参考依据。

Enhanced cooperative generalized compressive strain and electronic structure engineering in W-Ni₃N for efficient hydrazine oxidation facilitating H₂ production. Advanced Materials, 2025. DOI: 10.1002/adma.202417593

声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！

南开大学焦丽芳，发表AM！

相关推荐