电化学水分解制氢受到阳极析氧反应（OER）动力学迟缓的限制，因此采用肼氧化反应（HZOR）以替代OER受到了广泛关注。

近日，中科大谢毅院士，章根强教授，肖翀教授报道了在泡沫镍上原位生长具有丰富的Ni₃N-Co₃N异质界面的分级多孔纳米片阵列（Ni₃N-Co₃N PNAS/NF），其在碱性电解液中对HER和HZOR催化都表现出优异的双功能性。

文章要点

1）实验结果显示，1.0 M KOH中，在43 mV的低过电位（η）下获得10 mA cm^-2的电流密度和35.1 mV dec^-1的低塔菲尔斜率。同时，在1 M KOH/0.1 M N₂H₄电解液中，HZOR只需要-88 mV（vs.RHE）的超低工作电位，电流密度可以达到10 mA cm^-2，更令人印象深刻的是，在200 mV（vs.RHE）的小工作电位下，可以达到1000 mA cm^-2的超高工业级电流密度。此外，在采用Ni₃N-Co₃NPNAS/NF电极作为双功能电催化剂的双电极电解槽中，0.071和0.76V的低槽电压分别可产生10和400 mA cm^-2的电流密度，这表明与OWS相比，其具有很大的节能潜力。

2）研究人员利用自制的Ni₃N-Co₃N PNAS/NF阳极直接肼燃料电池（DHzFC）作为动力源，集成了一套概念验证的OHzS，在较低肼浓度的碱性电解液中可以获得较高的产氢速率（0.65 mmol h^-1）。此外，当使用开路电压为1.0 V的商用太阳能电池进行供电时，其具有出色的OHzS性能，电流密度可达214 mA cm^-2。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明，与纯Ni₃N或Co₃N相比，Ni₃N和Co₃N异质界面之间的界面电子转移可以同时产生更高的热中性氢吸附自由能(∆G_H*)，并促进肼的脱氢动力学。

该研究工作提供了利用精细的纳米结构工程技术开发实用的过渡金属氮化物基电催化剂的可能性，并有望促进节能制氢应用的发展。

参考文献：

Qizhu Qian, et al, Artificial Heterointerfaces Achieve Delicate Reaction Kinetics towards Hydrogen Evolution and Hydrazine Oxidation Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202014362

https://doi.org/10.1002/anie.202014362