Au電極上用於析氫反應的AuNi合金:走向更清潔的明天

千葉大學研究人員表明，由於 Ni 脫合金化形成的表麵缺陷

，AuNi/Au 電催化劑的析氫反應活性增加。

AuNi/Au催化劑的析氫反應活性通過Ni脫合金得到增強，並且取決於Au基底的表麵結構，（110）表麵導致最高活性，其次是（111）和（100）。

—Masashi Nakamura 來自千葉大學(Chiba University)。

近(jin)年(nian)來(lai)，氫(qing)氣(qi)作(zuo)為(wei)清(qing)潔(jie)和(he)綠(lv)色(se)未(wei)來(lai)的(de)燃(ran)料(liao)勢(shi)頭(tou)強(qiang)勁(jin)。這(zhe)種(zhong)碳(tan)中(zhong)性(xing)燃(ran)料(liao)源(yuan)通(tong)過(guo)在(zai)氧(yang)氣(qi)存(cun)在(zai)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)燃(ran)燒(shao)釋(shi)放(fang)出(chu)大(da)量(liang)的(de)能(neng)量(liang)
，副(fu)產(chan)品(pin)是(shi)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)。最(zui)流(liu)行(xing)的(de)製(zhi)氫(qing)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)是(shi)用(yong)電(dian)將(jiang)水(shui)分(fen)解(jie)成(cheng)氫(qing)和(he)氧(yang)。

電化學電池用於分解水，並在析氫反應 (HER) 中在帶負電的電極上釋放氫氣。催化劑用於降低 HER 過電勢（理論電池電壓與析氫所需電壓之間的差值）

，從而提高該過程的效率。最近，金 (Au) 和鎳 (Ni) 的合金表現出良好的 HER 活性。雖然 AuNi 的電化學性質已得到充分研究，但對其表麵結構和原子組成知之甚少，而這決定了催化劑的電催化活性。

現在，千葉大學的一個研究小組，由工程研究生院的副教授Masashi Nakamura領導
，包括科學與工程研究生院的博士生Syunnosuke Tanaka和工程研究生院的Nagahiro Hoshi教授，已經彌合了對AuNi電催化劑理解的差距。在他們最近於2023年6月28日發表在《ChemElectroChem》上的突破性文章中
，研究小組研究了在單晶Au電極上不同合金溫度下製備的AuNi表麵合金的表麵結構、原子排列和HER活性。

Nakamura博士討論了當前研究背後的動機。“稀有和昂貴的金屬
，如鉑，通常用作水電解的催化劑。雖然與鉑相比，金作為催化劑具有較高的化學穩定性，但其HER活性較低。現在
，AuNi納米顆粒已經成為一種很有前途的非鉑替代品
，進一步提高其HER活性至關重要。”

研究小組將AuNi/Au電極轉移到含有0.05 M硫酸的電化學電池中
，進行循環伏安(CV)和線性掃描伏安(LSV)測量
，評估其HER活性。采用x射線光電子能譜(XPS)和表麵X射線衍射(SXRD)技術分析了AuNi/Au催化劑的表麵性質。

CVs和LSVs結果表明，AuNi/Au的HER活性與Au襯底的表麵結構有關，其中(110)表麵的HER活性最高
，其次是(111)和(100)。表麵合金通過Ni合金化提高了HER活性。XPS和SXRD證實了這一點，研究小組觀察到，由於Ni從表麵合金層中溶解，表麵最上層的原子占用率下降。Ni合金化過程在表麵產生缺陷
，靠近Ni的低配位Au激活了HER。

本研究提供了對AuNi表麵合金結構和電化學性能的深入了解，為在電解和燃料電池中應用高活性和耐用的Au基催化劑鋪平了道路。Nakamura博士總結道:“設計有效的非鉑電催化劑可以降低水電解的成本
，也可以提高其能量轉換效率，這對於加速向氫驅動社會發展至關重要。”