青岛科大秦清/刘希恩/刘尚果 AM：工业级电解水制氢的高效催化剂，原位生长的RuNi合金/ZrNiNx

催化进展 · 公众号 · · 2025-03-16 10:03

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第一作者： Yaojin Zhang

通讯作者：秦清、刘希恩、刘尚果、 Jaephil Cho

通讯单位：青岛科技大学、蔚山国立科学技术研究所

研究背景与内容

氢由于其特殊的重力能量密度和利用后的碳中性排放特征，已成为一种有前途的能量载体电催化水分解。其中碱水电解是绿色制氢的关键技术，但仍面临着电流密度有限和能量输入高的严峻挑战。

本文通过氨解原位外延生长制备了异质结构双金属氮化物负载的 RuNi 合金（ RuNi/ZrNiNx ），该合金在 1 m KOH 电解质中具有优异的析氢反应（ HER ）和析氧反应（ OER ）双功能活性和耐久性。

研究要点

要点 1. 本文通过原位生长方法设计了外延型 RuNi 合金 -ZrNi 双金属氮化物异质结构（标记为 RuNi/ZrNiN _x ）。在过电位为 392.8 mV 时， RuNi/ZrNiN _x 的 HER 电流密度为 −2 A cm ⁻² ，在 −500 mA cm ⁻² 连续电解 1000 h 后仍保持初始过电位。对于 OER ，它在 1.822 V 时相对于 RHE 提供 2 A cm ⁻² 的电流密度，并在 500 mA cm ⁻² 时保持 705 小时的稳定工作。

要点 2 . 实验和理论研究表明，电荷重分配诱导的高价 Zr 中心可以有效地极化氢氧键并促进水的解离，而缺乏电子的界面 Ru 位点则优化了氢的解吸动力学。在 NiN _x 中，羟基从 Zr 位点向相邻的三配位 Ni 空心位点的动态溢出促进了 *OH 中间体的快速脱附和活性位点的再生。

图 1 ： Zr 函数的理论研究。 a,b) 水在 (a) Ni ₃ N 的 Ni 位点和 (b) Zr-Ni ₃ N 的 Zr 位点上的解离过程。 c) 水在 Ni ₃ N 和 Zr-Ni ₃ N 上解离的动力学障碍。

图 5 ：催化性能。 a) RuNi/ZrNiN _x 、 Ni/ZrNiN _x 、 Ni/NiN _x 和商用 Pt/C 的代表性 LSV 曲线。 b) 相应的 Tafel 斜率。 c) RuNi/ZrNiN _x 、 Ni/ZrNiN _x 和 Ni/NiN _x 在不同电流密度下的过电位比较。 d) RuNi/ZrNiN _x 、 Ni/ZrNiN _x 和 Ni/NiN _x 的 Nyquist 图。 e) RuNi/ZrNiN _x 的原位 Bode 相图和 f) Nyquist 图。 g) RuNi/ZrNiN _x 在 500 mA cm ⁻² 恒定电流密度下的稳定性。 h) RuNi/ZrNiN _x 、 N i/ZrNiN _x 和 Ni/NiN _x 的 C _dl 。 i) RuNi/ZrNiN _x 在 1000 CV 循环前后的 LSV 曲线。 j) 相同条件下 RuNi/ZrNiN _x 与其他代表性 HER 催化剂的几何活性比较。

参考文献： Yaojin Zhang, Zijian Li, Haeseong Jang . et al. In Situ Grown RuNi Alloy on ZrNiN _x as a Bifunctional Electrocatalyst Boosts Industrial Water Splitting . Advanced Materials . (202 5 ).

文献链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501586

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