碱性电解质中的析氢反应(HER)对工业规模的氢气生产具有很大的前景，但其发展由于缺乏能够在低过电位下以安培级电流密度可靠运行的HER电催化剂而受到严重阻碍。因此，开发耐高电流密度的HER电催化剂是工业规模的碱电解制氢“必须完成”的任务。基于此，格里菲斯大学赵惠军和华东理工大学王海丰、杨化桂等开发了一种可扩展的电沉积-硫化合成方法，以将协同杂化的Ni3S2/Cr2S3纳米颗粒直接生长在泡沫镍上(Ni3S2/Cr2S3@NF)。Ni3S2/Cr2S3位点上发生的氢溢出桥接水离解/氢形成过程使高电流密度诱导的高氢覆盖在水解离位点的抑制作用失效，同时促进Volmer/Tafel过程。实验和理论研究阐述了对实现安培级电流密度操作至关重要的机制见解: 在Cr2S3的Cr5c位点处强烈的H2O吸附提高了Volmer过程，{attr}3152{/attr}r2S3中的Cr5c/S3c位点上的异裂过程(Cr5c-H2O*+S3c(#)→Cr5c-OH*+S3c-H#)加速了H2O*解吸，以及通过新的水辅助解吸机制(Cr5c-OH*+ H2O(aq)→Cr5c-H2O*+OH-(aq))促进Cr2S3上的Cr5c位点的OH*解吸；而高效的Tafel过程是通过氢溢出来快速将H#从协同定位的富H位点(Cr2S3)转移到具有优异的氢生成活性的H -缺乏位点(Ni3S2)来实现的。因此，杂化的Ni3S2/Cr2S3@NF电催化剂在1.0 M KOH溶液中在251±3 mV的过电位下可以轻松实现3.5 A cm-2的电流密度。在20 mA cm-2的电流密度下连续运行135小时，电位下降可忽略不计；其在1 A cm-2的高电流密度下连续运行25小时，仅观察到16±1%的电位衰减，证实了Ni3S2/Cr2S3@NF在高电流密度下的高恒电流稳定性。这项工作为解决安培级电流密度耐受的析氢反应(HER)电催化剂的不足提供了一种有效的方法。Hydrogen Spillover-Bridged Volmer/Tafel Processes Enabling Ampere-Level Current Density Alkaline Hydrogen Evolution Reaction under Low Overpotential. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c01094
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