Dichte Platin/Nickeloxid-Heterointerfaces mit zahlreichen Sauerstoffvacanzen ermöglichen ultrastabile Wasserstofferzeugung auf Ampere-Niveau in alkalischen Medien

Zusammenfassung Platin (Pt) bleibt der Benchmark-Elektrokatalysator für die alkalische Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER), aber die Wasserstoffproduktion im industriellen Maßstab wird durch das Fehlen gut gestalteter, langlebiger Pt-basierter Materialien, die bei Stromdichten auf Ampere-Niveau arbeiten können, erheblich behindert. Basierend auf der ursprünglichen Oxidschicht und der parallelen konvexen Struktur an der Oberfläche von Nickel-Schaum (NF) wird eine 3D-quasi-parallele Architektur entwickelt, die aus dichten Pt-Nanopartikeln (NPs) besteht, die in sauerstoffvakanzreichen NiO x-Heterojunktionen (Pt/NiO x-O V) immobilisiert sind, als alkalischer HER-Katalysator. Kombinierte experimentelle und theoretische Studien zeigen, dass die Verankerung von Pt-NPs auf NiO x-O V zu elektronisch reichen Pt-Spezies mit veränderter Dichte der Zustandsverteilung (DOS) führt, was die d-Band-Zentren und die Adsorption von Reaktionsintermediaten effizient optimieren sowie die Wasserdissociationsfähigkeit erhöhen kann. Der hergestellte Katalysator zeigt eine außergewöhnliche HER-Leistung mit einer niedrigen Überpotential von 19,4 mV bei 10 mA cm −2 , einer Massenaaktivität, die 16,3-fach höher ist als die von 20% Pt/C, und einer langen Haltbarkeit von mehr als 100 h bei 1000 mA cm −2 . Darüber hinaus erfordert der assemblierte alkalische Elektrolyseur in Kombination mit NiFe-schichtierten Doppelhochhydroxiden eine extrem niedrige Spannung von 1,776 V, um 1000 mA cm −2 zu erreichen, und kann stabiler als 400 h betrieben werden, was selten erreicht wird.