近日，物理与光电工程学院孟辉教授团队指导的硕士研究生张明娟在物理学期刊《Applied Physics Letters》（APL）上发表了题为“NiCo alloys with optimized electronic structure for ultralow overpotential alkaline hydrogen evolution”的研究论文。通过调控镍钴比例，在保持镍基材料结构优势的同时实现了本征活性的提升，为镍基合金的组分优化提供了可参考的设计路径。张明娟为论文第一作者，孟辉教授及金彦烁副教授为共同通讯作者，暨南大学为第一单位。

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随着绿氢产业快速发展，阴离子交换膜电解水技术因兼具低成本与高性能优势而备受关注。然而，其阴极析氢反应在碱性条件下动力学缓慢，关键瓶颈在于需要额外的水解离步骤。金属镍虽成本低廉且本征活性较好，但仍存在水分子吸附能力弱、氢吸附过强等问题，制约了其催化效率。合金化是提升催化剂性能的有效手段，但如镍钼等传统合金存在晶格失配严重、长期运行中金属易溶出等问题，影响稳定性。

针对上述挑战，研究团队利用镍与钴优异的晶格匹配性，通过简易浸渍法制备了负载型镍钴合金催化剂。通过调控镍钴比例，发现Co₁Ni₁/C催化剂在10 mA cm^-2电流密度下过电位仅为21.2 mV，不仅超越了大多数已报道的镍钴合金，更接近高性能镍钼合金的水平，同时有效避免了镍钼合金常见的金属溶出问题。值得一提的是，该催化剂在100 mA cm^-2电流密度下连续运行150 h后，电位仅衰减20 mV，展现出优于商业铂碳催化剂的长期稳定性。该研究为开发高效稳定的非贵金属碱性析氢催化剂提供了重要参考。

（a）与CoxNiy催化剂的IR校正HER极化曲线相对应的等高线图。(b)与CoxNiy催化剂的ECSA归一化循环伏安曲线相对应的等高线图。(c) j10处过电位及η20处ECSA归一化HER比活性的对比。(d) CoxNiy催化剂的塔菲尔斜率。(e) Co₁Ni₁催化剂在Ar饱和1 M KOH中，扫描速率为10 mV s^-1时的CV曲线。(f) CoxNiy催化剂的奈奎斯特图，其中嵌入了等效电路图。(g)碱性HER中基于Ni的电催化剂性能对比。(h) Co₁Ni₁和商用Pt/C在1.0 M KOH中电流密度为100 mA cm^-2时的恒电流计时电位稳定性测试。

该工作得到了国家自然科学基金项目(22478151, 22209056, 22005120)以及广东省自然科学基金(2023A1515010921)的支持。

https://doi.org/10.1063/5.0320075

图文：张明娟

校对：陈科球

初审：黄晶晶

终审：幸江涛