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氫氣作為一種環境友善的能源，可以直接燃燒而不排放溫室氣體。水電解制氫是一種綠色的制氫方法，同時使用雙功能催化劑在節約成本和簡化設計方面發揮著關鍵作用。典型的貴金屬催化劑對水電解具有優異的催化活性，但由于價格昂貴而限制了其廣泛應用。最近，過渡金屬化合物替代物的研究已經取得了廣泛的進展。在幾種過渡金屬中，Ni以其在堿性介質中顯著的電化學活性成為最有前途的催化劑之一。然而，Ni基催化劑有限的穩定性和苛刻的合成條件要求進一步優化其形態和簡化反應步驟，以獲得更好的催化性能。

近日，阿德萊德大學段曉光、河南科技大學任鳳章、河南大學孫自許和洛陽理工學院王芳等報道了一種Ni基雙功能電催化劑(DNi@NF)，該電催化劑是通過在溫和溫度下煅燒生長在泡沫鎳表面的Ni-丁二酮肟納米棒陣列而獲得的。在DNi@NF的制備過程中，通過酸刻蝕在泡沫鎳表面形成尺寸均勻、分布均勻的多邊形凹坑，并在凹坑內通過微反應合成棒狀DNi陣列。

經煅燒后，納米棒保持完整，而DNi表面由復合物轉變為碳包覆的Ni/Ni(OH)₂非均相納米顆粒，大大提高了材料的親水性，從而增加了接觸堿性介質的活性中心的數量。此外，Ni/Ni(OH)₂異質結優化了HER的反應能壘，促進了中間體的傳質。

得益于優化的表面性質和有序的納米陣列結構，最優的DNi@NF-260催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的HER過電位僅為38.4 mV；同時僅需369 mV的OER過電位就能達到200 mA cm^?2的電流密度。此外，基于DNi@NF-260的水分解槽僅需1.886 V的電池電壓就能達到200 mA cm^?2的電流密度，并且該電解槽能夠在100 mA cm^?2下連續穩定運行超過50小時，證實其具有實際應用的潛力。

總的來說，該項工作報道了一種簡單的溫和條件下原位制備催化劑的策略，為應用于堿水電解的自支撐、低成本、高性能過渡金屬基催化劑的優化設計提供了新的思路。

In situ growth and dynamic transformation of nickel chelate nanoarrays into reactive surface reconstituted heterostructure for overall water splitting. Advanced Functional Materials , 2024. DOI: 10.1002/adfm.202407407

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