中科院高能物理研究所石伟群研究员：熔盐法构筑三维蜂窝镧镍合金用于高效电催化全解水
氢能作为最有前景的清洁能源之一，对其有效利用可以避免大量使用化石燃料所导致的能源和环境问题。电催化水裂解具有能量利用率高、操作简单等优点，是目前最有效的制氢方法之一。但水裂解的效率仍受制于阴极析氢（HER）和阳极析氧（OER）两个半反应，其关键在于合理设计高效且稳定的催化剂。鉴于此，镍基金属泡沫作为催化剂载体具有较大的比表面积和开放的多孔结构，与催化活性物质构筑成异质结构，有利于增强水裂解的电催化效率。然而，此类催化剂的合成通常通过在水溶液或有机电解质中进行，使得稀土元素等具有更高活性的元素难以引入。因此，对泡沫镍基催化剂的巧妙构筑与活性物种调控，成为该领域研究的热点问题。
图1. 熔盐法构筑三维蜂窝镧镍合金及其全解水示意图。
中科院高能物理研究所石伟群研究员团队通过高温熔盐的独特环境，以泡沫镍为基底，成功引入高活性元素镧，构筑了多级孔的蜂窝状镧镍合金ho-LaNi5/NF，并将其同时作为双工作电极，在碱性环境中实现了高效的电催化水裂解反应。对于水还原（HER）半反应，ho-LaNi5/NF仅需136 mV的过电位即可驱动-10 mA cm-2电流密度下的HER发生，Tafel斜率为84 mV dec-1，超过了多数的合金及泡沫镍基催化剂。且在-100 mA cm-2的过电位仅为231 mV，媲美贵金属Pt/C (218 mV)。对于水氧化（OER）半反应，在该材料独特的蜂巢多孔结构促进下，基底中丰富的镍元素迁移到材料表面并原位重构为具有更高OER活性的NiOOH，从而大幅提高了材料的OER性能。仅需271 mV的过电位即可实现10 mA cm-2电流密度下的OER反应，在100 mA cm-2下的过电位347 mV也接近商业化IrO2 (332 mV)，具有HER、OER的双功能催化能力。凭借高温熔盐环境中形成的强耦合的合金-金属异质结构，该镧镍合金作为自支撑电极可直接用于高效的电催化整体水分解，也为高活性泡沫合金的制备和灵活调控提供一种新思路。
相关工作以“Hierarchical and self-supporting honeycomb LaNi5 alloy on nickel foam for overall water splitting in alkaline media”为题，发表在Green Energy & Environment期刊，第一作者为博士研究生武延泽，通讯作者为石伟群研究员。
#通讯作者简介
石伟群
石伟群，研究员，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。2007年1月在清华大学取得博士学位，后在中科院高能物理所工作至今。研究方向为核能化学与材料，长期致力于核燃料循环化学与锕系元素化学相关基础研究，近年来创新性地将软硬原子结合策略和超分子组装策略应用于放射性废液中锕系元素的分离与固定化，结合多尺度模拟发展了一种针对镧锕分离最有效的萃取剂，制备了首例锕系聚轮烷和国内首例超铀元素晶体化合物；发展了基于活性Al阴极熔盐电解干法处理乏燃料的新概念。在Nat.Commun.、JACS、Angew.Chem、Chem、CCS Chem.、Adv.Mater.、Environ. Sci.Technol. 、Chem. Commun.等国际知名期刊发表SCI 论文260余篇，成果被国内外同行广泛关注和引用，文章总引9000余次，H因子49 (Google Scholar)。应邀在国际国内放射化学重要会议上做大会报告或邀请报告30余次。分别担任英文期刊Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology和Journal of Nuclear Science and Technology的编委与国际顾问编委，中文期刊《核化学与放射化学》编委。现为中国核学会锕系物理与化学分会副理事长和核化工分会理事兼副秘书长、中国有色金属学会熔盐化学与技术专业委员会副主任委员、中国化学会核化学与放射化学专业委员会委员。
撰稿：原文作者
编辑：GEE编辑部
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