镍基催化剂是一种用于工业碱性水分解中最常用的电催化剂。然而，要完全解决析氢反应(HER)的反应动力学缓慢和严重失活的问题仍然是一个巨大的挑战。
有鉴于此，澳大利亚新南威尔士大学赵川报道了一种用于碱性HER的掺杂有Ni-O-VOx活性位（Ni(Cu)VOx）的掺杂Cu的Ni催化剂。
文章要点
1）研究人员通过简单的电沉积过程在泡沫镍(NF)上制备出Ni(Cu)VOx催化剂。通过在超声处理下将每种化学品溶解在50 mL 超纯水中，然后在含有0.5 M NiSO4、12.5 mM CuSO4、7 mM NH4VO3和0.5 M H3BO3的电解质中进行电沉积，然后在–2.0 V（vs.饱和甘汞电极（SCE）），室温下放置600 s。此外，采用掺氟氧化锡(FTO)玻璃作为衬底，以消除NF衬底中Ni信号的影响。
2）研究人员通过形态学研究进一步证实了VOx诱导形成了细Ni NPs。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，获得的Ni(Cu)VOx细微NP的尺寸约为5 nm。而Ni和Ni（Cu）的晶粒尺寸更大，进一步表明沉积的VOx对晶粒细化起重要作用。TEM图像显示，精细Ni(Cu)VOx NP的尺寸为4-5nm。HRTEM图像显示，d间距为0.202 nm，与fcc Ni的（111）面相对应。典型的TEM-EDS映射显示了Ni，Cu，V和O元素均匀分布。此外，通过系统的X射线吸收光谱研究确定了在Ni(Cu)VOx中形成了Ni-O-VOx位点。
3）经过优化的Ni(Cu)VOx电极与基准Pt/C催化剂相比，具有接近零的起始过电势和21 mV的低过电势，同时，可提供–10 mA cm-2的电势。
4) 研究发现，VOx会引起镍晶格的大量衰减，并产生更大的电化学活性表面积。此外，第一性原理计算表明，Ni-O-VOx位点具有超活性，并且可以促进电荷从Ni重新分布到VOx，这大大削弱了Ni的H吸附和析氢自由能。这赋予了Ni(Cu)VOx电极高HER活性和长期耐久性。
Li, Y., Tan, X., Hocking, R.K. et al. Implanting Ni-O-VOx sites into Cu-doped Ni for low-overpotential alkaline hydrogen evolution. Nat Commun 11, 2720 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16554-5
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16554-5
