Small:Ni纳米颗粒与Ni3C纳米片协同耦合实现高效水分解

电催化水分解提供了一种有前途的可持续、大规模制氢途径,但其效率受到阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)动力学的极大限制,引起人们对高效电催化剂的迫切需求。其中,过渡金属碳化物 (TMC)由于具有近费米能级处适当的态密度(DOS)、丰富的储量、高电子导电率及优异的化学稳定性等特性受到了人们的广泛关注。

近日,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室木士春和合作者在密度泛函理论(DFT)计算预测的基础上,以柔性碳布为自支撑载体,通过水热、碳化两步法设计合成了Ni-Ni3C异质结构材料,并研究了其电解水活性。电化学表征表明,受益于丰富的活性位点和优异的本征活性,由Ni纳米颗粒和Ni3C纳米片组成的Ni-Ni3C/CC异质结构在碱性介质中表现出优异的OER和HER催化活性:在1 M KOH溶液中,当OER电流密度为20 mA cm-2时其过电位仅为299 mV,而当HER电流密度为10 mA cm-2时也仅需要98 mV的较低过电位。此外,Ni-Ni3C/CC电极在电解水中也显示出优异的稳定性能和接近100%的法拉第效率。

研究者相信,此项工作将为基于过渡金属碳化物材料的高效双功能电催化剂的合理设计提供了一种新颖的策略。相关结果发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202001642)上。