堿性析氫反應(HER)由水解離、羥基(OH^?)轉移過程和伴隨雙電子轉移的氫-氫鍵形成等幾個基本過程組成。有研究表明，水在催化劑上的解離吸附能和H*和OH^?的吸附能是影響堿性HER的三個關鍵因。

為了克服緩慢的堿性HER動力學，應根據以下原理設計一種高效的HER電催化劑：低水解離能壘和適當的H結合和OH結合能(HBEs和OHBEs)。在單組分電催化劑上很難同時滿足這些內在功能的要求，而由不同功能組分組成的復合電催化劑可以為同時微調H*和OH^?物種的水解離動力學、吸附和解吸能力，這有利于實現高效的堿性HER過程。

基于此，蘭州大學李燦課題組設計并制備了Ni₃Sn₂-NiSnO_x催化劑，通過引入比Ni親氧性能較低、氫吸附能力較弱的Sn元素，有效提升了堿性HER活性。通過密度泛函理論(DFT)計算表明，金屬間Ni₃Sn₂組分具有適當的HBE和較低的OH^?吸附能力，而NiSnO_x組分促進了水的解離和OH^?轉移過程。相應地，兩種組分的結合導致了水的高效解離吸附，OH^?容易解吸，同時容易形成氫-氫鍵，從而大大提高了復合材料中的HER動力學。

因此，在1.0 M KOH溶液中，最優(yōu)的Ni₃Sn₂-NiSnO_x復合材料在10和1000 mA cm^?2電流密度下的HER過電位分別僅14和165 mV，并且其具有優(yōu)異長期穩(wěn)定性，與最先進的堿性HER無貴金屬陰極相當。

此外，在80℃條件下和30% KOH電解質中，以Ni₃Sn₂-NiSnO_x為陰極和NiFe(OH)_x/Ni₃S₂/Ni為陽極組裝的雙電極系統(tǒng)在1.53 V的電池電壓下獲得了1000 mA cm^?2的電流密度，并且連續(xù)運行4個月(3000小時)而不會發(fā)生明顯的性能損失。綜上，這項工作強調了活性位點和所有相關中間體之間的內在相互作用對制備高效的電催化劑的意義，并且推動了大規(guī)模H₂生產的進一步發(fā)展。

Rationally Modulating the Functions of Ni₃Sn₂-NiSnO_x Nanocomposite Electrocatalysts towards Enhanced Hydrogen Evolution Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202301562