Ru掺杂Ni3N催化剂的电催化析氢反应

作者：张艳平; 高鹏; 李建保; 王敏; 万伟敏; 陈拥军^*

来源：人工晶体学报, 2023, 52(09): 1698-1706.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20230517.001

• Ni3N
• Ru掺杂
• 电催化析氢
• 电催化析氧
• 电催化性能
• 全解水

开发高催化活性和廉价催化剂是催化分解水制氢技术的关键。过渡金属氮化镍(Ni3N)具有优异的热/化学稳定性、电化学活性和类贵金属特性，吸引了越来越多研究者的兴趣。然而，Ni3N碱性电催化析氢反应过程中，水的解离效率低，且对反应中间体质子的吸附太强，这两个因素导致Ni3N的性能远低于Pt,还有很大的改进空间。本文通过水热-氮化两步法成功制备了Ru掺杂多孔纳米片Ni3N/Ru。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Ni3N/Ru材料的组成、形貌和结构进行表征，通过X射线光电子衍射仪(XPS)对催化机理进行分析，并研究Ru掺杂量对Ni3N材料形貌和电催化性能的影响。结果表明，6.30%Ru负载的Ni3N在1 mol/L KOH电解液中驱动10 mA·m-2的电流密度仅需要49 mV过电位，可以和商业Pt/C相媲美(46 mV@10 mA·cm-2)。将其应用于两电极全解水体系，仅需1.54 V的电压即可获得10 mA·cm-2的电流密度。突出的催化性能归因于Ru掺杂Ni3N有效提升水解离，并使Ni3N中Ni和N的电子云密度降低，促进吸附氢中间体的形成过程(H++e-=H*),改善析氢反应动力学，进而提升其电催化性能。

• 单位
  海南大学