Angew. Chem.：富氧空位CeO2提高Ni基催化剂的碱性HOR性能

碱性交换膜燃料电池较质子交换膜燃料电池的主要优势之一便是可以利用对碱稳定的非贵金属材料作为电池的阴极氧还原反应 (ORR) 的催化剂，从而降低成本，促进商业化进程。然而，目前报导的碱性氢氧化反应 (HOR) 催化剂仍集中于贵金属材料。非贵金属Ni基材料表现出一定的催化性能，但其活性却远低于贵金属催化剂。因此，提高Ni基催化剂的碱性HOR性能对于促进碱性燃料电池技术的进一步发展具有重要的意义。

近日，武汉大学罗威教授（点击查看介绍）与陈胜利教授（点击查看介绍）团队采用两步法合成了富氧空位的CeO₂修饰的Ni/C纳米催化剂，并发现富氧空位的CeO₂的修饰显著提高了Ni基催化剂的碱性HOR性能，并在修饰量约为10 %时达到最佳，其交换电流密度可达0.038 mA cm_Ni^-2，约为Ni/C（0.016 mA cm_Ni^-2）的2.4倍。

由于强还原剂NaBH₄的处理可导致CeO₂表面富含氧空位，那么改变CeO₂在催化剂合成过程中加入的阶段，可得到不含氧空位的CeO₂（或氧空位含量的较低）修饰的Ni/C复合催化剂。通过对比这两种催化剂对碱性HOR的催化行为，发现富氧空位的复合催化剂的催化性能要明显优于缺乏氧空位的样品。

图1. （a）Raman；（b）XPS；（c-f）电化学行为。

结合DFT计算结果，作者认为除了氢吸附能够影响催化剂的碱性HOR活性，含氧中间体（OH_ad）对于催化过程也起到了重要的作用：通过富氧空位CeO₂的修饰，一方面通过电子效应削弱了Ni位点对于H_ad的吸附，另一方面以氧空位作为OH_ad的吸附位点，加强了对于OH_ad的吸附，两种位点协同通过双功能机理有效提高了碱性HOR催化性能。

图2. （a-c）DFT计算结果；（d）反应机理示意图。

该工作定性探究了氧空位在碱性HOR催化过程中的重要作用，并通过改变修饰物种表面氧空位浓度提高了Ni基材料的碱性HOR催化性能，可拓展至其他类型碱性燃料电池阳极催化材料的设计。

相关结果发表Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是武汉大学的研究生杨甫林、包西和李朋。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Boosting Hydrogen Oxidation Activity of Ni in Alkaline Media through Oxygen Vacancy-Rich CeO₂/Ni Heterostructures

Fulin Yang, Xi Bao, Peng Li, Xuewei Wang, Gongzhen Cheng, Shengli Chen, Wei Luo

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201908194

导师介绍

罗威

https://www.x-mol.com/university/faculty/13550

陈胜利

https://www.x-mol.com/university/faculty/13573

（本稿件来自Wiley）