電化學水分解技術能夠通過陰極析氫反應(HER)生產(chǎn)高純度氫(H₂)。隨著陰離子交換膜(AEM)的巨大進步，基于AEM的堿性電解池由于其低腐蝕性介質和大電流密度(一般為1-2 Acm^?2)而受到越來越多的關注。為了在AEM電解池中高效生產(chǎn)H₂，尋找在安培級電流密度下具有低過電位和高穩(wěn)定性的堿性HER催化劑來滿足工業(yè)AEM水分解的需求具有重要意義。然而，除了稀缺和昂貴的Pt外，設計并制備安培級電流密度堿性HER的高效電催化劑仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

基于此，湖南大學黃宏文和南京大學胡征等在納米錐組裝的Ru₃Ni(NA-Ru₃Ni)催化劑上構建一個局部K⁺濃縮微環(huán)境，以實現(xiàn)安培級電流密度下高效穩(wěn)定催化水分解產(chǎn)氫。

電化學性能測試結果顯示，Ru₃Ni負載量僅為0.08 mg cm^?2的NA-Ru₃Ni催化劑在1000 mA cm^?2電流密度下的HER過電位時低至168 mV，在100 mV過電位時的周轉頻率高達26.1 s^-1。此外，在AEM電解池中，NA-Ru₃Ni催化劑可以在60℃和1000 mA cm^?2下連續(xù)穩(wěn)定運行2000小時，而在相同條件下的Pt/C||IrO₂僅在40 h內(nèi)就發(fā)生電壓增加現(xiàn)象。

有限元模擬和實驗結果表明，Ru₃Ni催化劑的納米尖端能夠增強局部電場，從而顯著增加界面K⁺濃度。進一步的機理研究表明，局部增加的水合K⁺濃度促進了界面水的H-OH鍵的極化，導致水解離的能壘降低，從而大大提高了堿性HER活性。綜上，本研究不僅為實用的AEM電解池提供了一種高效、穩(wěn)健的堿性HER催化劑，而且為工業(yè)相關的堿性HER催化劑的合理設計提供了指導。

Engineering a Local Potassium Cation Concentrated Microenvironment toward Ampere-Level Current Density Hydrogen Evolution Reaction. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE02836K