Appl. Catal. B：引入MnCo提高NiSe的电催化活性实现高效碱性海水全水解

石油和天然气等不可再生传统能源的局限性及其对环境的影响促进了对可再生能源(风能、太阳能等)产生的清洁能源的需求。氢作为一种清洁、高密度的能量载体，被认为是传统化石燃料的极好替代品。生产氢有各种不同的策略，大规模生产高纯氢气而不产生任何碳排放的最清洁的方法之一是利用可再生能源产生的电力进行电解水。海水电解与淡水电解相比具有重要的优点，已成为人们广泛研究的课题。

为了使海水电解成为一种高效、经济的制氢方法，需要由非贵金属制成高活性电催化剂进行析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。特别是期望电催化剂能够承受恶劣的工业条件，并在极高的电流密度下显示稳定的性能。

基于此，马什哈德菲尔多西大学Ghasem Barati Darband和西南交通大学李金阳(共同通讯)等人制备出三维异质结构MnCo/NiSe/NF催化剂实现了高性能双功能水(海水)电解。

Appl. Catal. B：引入MnCo提高NiSe的电催化活性实现高效碱性海水全水解

对于HER，在1 M KOH中MnCo/NiSe催化剂在-10、-100、-500和-1000 mA cm^-2时需要的超低过电位分别为22.1、120.0、182.8和211.6 mV，远低于NiSe(-10 mA cm^-2@73.8 mV，-500 mA cm^-2@393.8 mV)和Pt箔(-10 mA cm^-2@49.5 mV，-500 mA cm^-2@408.4 mV)。

在碱性海水电解质中，MnCo/NiSe催化剂在电流密度为-10，-100，-500和- 1000 mA cm^-2时的过电位分别为31.4，134.3，216.3和270.1 mV，同样低于NiSe(-10 mA cm^-2@139.1 mV，-500 mA cm^-2@471.7 mV)，Pt箔(-10 mA cm^-2@94.2 mV，-500 mA cm^-2@547.1 mV)和泡沫Ni (-10 mA cm^-2@220.8 mV，-500 mA cm^-2@693.6 mV)。结果表明，在NiSe中引入MnCo能够显著提高NiSe的HER效率。

此外，MnCo/NiSe在不同的电流密度范围内都比NiSe显示出更好的OER活性。MnCo/NiSe电催化剂在碱性水溶液中只需要225.8、340.4、370.7 mV的过电位就可以达到10、500、1000 mA cm^-2的电流密度，在碱性海水中也只需要261.3、419.4、460.2 mV的过电位。

在相同电流密度下，NiSe在碱性水溶液中的过电位则为341.4、570.3、780.2 mV，在碱性海水中的过电位则为384.3、661.7、930.4 mV。重要的是MnCo/NiSe组成的双电极系统在1.0 M KOH(1.41，1.67，1.88和1.92 V)和1.0 M KOH +海水(1.44，1.82，1.99和2.11 V)的溶液中达到10，100，500和1000 mA cm^-2的电压比之前报道的双功能电催化剂要小得多。

本文利用密度泛函理论(DFT)计算深入地了解MnCo对催化剂的催化活性所产生的作用。MnCo/NiSe异质结构在费米能级附近产生了更高密度的载流子，这表明异质结构的导电性显著提高。

此外，Ni原子的d态DOS被进一步放大，显示了MnCo的协同作用。显然，这些对电荷转移起重要作用的催化过程是有利的。

此外，对d带部分态密度(PDOS)的分析表明，MnCo的引入使得NiSe的d带中心向费米能级(上移)倾斜，Co的加入降低了Ni原子周围的电子密度，从而增加了结合能。

对催化剂的吉布斯自由能变化计算进一步证明了MnCo/NiSe异质结构催化性能优异的原因。MnCo/NiSe异质结构的ΔG_H*比NiSe更接近于零(约0.1 eV)，这清楚地表明H^*与催化剂表面的结合强度得到了加强，从而有望获得高效的HER性能。

另一方面，MnCo/NiSe从O^*到OOH^*这一步骤的势垒比NiSe降低了约0.06 eV，这揭示了MnCo/NiSe异质结构的OER过程比NiSe的OER过程具有更有利的动力学。本研究可为设计用于大规模工业水(海水)电解的电催化剂提供思路。

Boosting the electrocatalytic activity of NiSe by introducing MnCo as an efficient heterostructured electrocatalyst for large-current-density alkaline seawater splitting, Applied Catalysis B: Environmental, 2022, DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.122355.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122355.

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