华中科大研究生院，华中科大研究生院 陈瑞学
近日，国际期刊《Energy & Environmental Science》（影响因子38.532）在线刊发了华中科技大学化学与化工学院、能量转换与存储材料化学教育部重点实验室王得丽教授团队的最新研究成果：“具有可控轨道杂化和应变场的氮嵌入镍纳米片实现高效碱性氢氧化反应（Nitrogen-inserted nickel nanosheets with controlled orbital hybridization and strain fields for boosted hydrogen oxidation in alkaline electrolytes, doi:10.1039/D1EE03482K）”。
阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)作为一类重要的氢能利用技术，由于其在碱性电解质中可使用廉价金属催化剂的经济优势而受到广泛关注。然而，在碱性电解质中，其阳极氢氧化反应(HOR)的动力学较酸性电解质低2-3个数量级。为加速AEMFC的商业化应用，开发高效且低成本的碱性HOR催化剂具有重要意义。
针对这一问题，王得丽教授团队提出了精确控制金属Ni的轨道杂化和应变场的策略，通过构建氮嵌入镍纳米片实现了高活性且低成本HOR催化剂的开发（图1）。氮原子的引入一方面可与近邻镍位点产生d-sp轨道杂化，优化镍位点对反应中间体H的吸附；另一方面也可使镍晶格发生拉伸应变，增强镍位点对反应中间体OH的吸附，从而可以显著加速碱性氢氧化反应过程。相应的，氮嵌入镍纳米催化剂的质量活性高达77.13 A g-1，是纯镍催化剂的53倍。该工作为燃料电池氢氧化反应催化剂的设计提供了新思路。
图1 氮嵌入镍纳米片及其碱性氢氧化性能
华中科技大学为该项工作的第一完成单位及通讯单位，化学与化工学院赵旭副教授为该论文的第一作者，王得丽教授为论文通讯作者。该论文得到中国科学技术大学在理论计算，国立台湾大学在同步辐射光源方面的帮助。该研究得到了国家自然科学资金（22002046和91963109）以及华中科技大学启动基金（2020kfyXJJS063）的资助。
来源：华中科技大学
论文链接
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ee/d1ee03482k
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