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潘原JMCA: 軸向Cl配位加Ni-N4，協(xié)同加速NiN4-Cl SAs/NC電催化HER

電催化水分解具有能量轉(zhuǎn)換效率高、清潔、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是綠色制氫的最佳方法。由雜原子調(diào)控的單原子催化劑(SAC)作為高效析氫反應(yīng)(HER)的電催化劑顯示出優(yōu)異的性能；然而，SAC軸向協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的可控合成以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的HER性能仍具有挑戰(zhàn)。

在此，中國(guó)石油大學(xué)(華東)潘原團(tuán)隊(duì)提出了一種摻雜-吸附-熱解策略，成功構(gòu)建了具有軸向Cl原子配位的NiN₄-Cl活性位點(diǎn)(NiN₄-Cl SAs/NC)，以加速電催化HER。

軸向Cl原子配位改變了催化劑的電子結(jié)構(gòu)，所獲得的NiN₄-Cl SAs/NC催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性、低過(guò)電位、小塔菲爾斜率、高周轉(zhuǎn)頻率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

具體而言，在1 M KOH和0.5 M H₂SO₄溶液中，NiN₄-Cl SAs/NC在10 mA cm^-2的電流密度下的HER過(guò)電位分別為243 mV和274 mV，Tafel斜率分別為89.2 mV dec^-1和96.4 mV dec^-1。另外，在堿性和酸性溶液中，NiN₄-Cl SAs/NC在300 mV下的TOF分別為0.86 s^-1和0.68 s^-1；并且其還能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行24小時(shí)。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，由于軸向Cl原子和原子分散的Ni-N₄活性位點(diǎn)協(xié)同作用，NiN₄-Cl SAs/NC具有優(yōu)異的HER性能；并且軸向Cl原子配位誘導(dǎo)的電子定域增強(qiáng)，這有利于H*中間體的吸附和活化，從而加速HER過(guò)程。

這項(xiàng)工作為通過(guò)軸向配位策略合理設(shè)計(jì)和構(gòu)建高性能SAC催化劑用于電催化應(yīng)用提供了實(shí)例，同時(shí)也展現(xiàn)了催化劑在水分解中廣闊的應(yīng)用前景。

Atomically Dispersed NiN₄-Cl Active Site with Axial Ni-Cl Coordination for Accelerating Electrocatalytic Hydrogen Evolution. Journal of Materials Chemistry A, 2012. DOI: 10.1039/D1TA08287F

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