A‐Site Cation Deficiency in Antiperovskites for Precisely Accelerating the Volmer Step of Alkaline Hydrogen Evolution

离解(化学) 碱性水电解 催化作用 电解水 解吸 电解质 材料科学 电解 阳极 分解水 阴极 无机化学 吸附 化学计量学 化学工程 化学 物理化学 电极 有机化学 光催化 工程类
作者
Yan Chen,Zuoqing Liu,Bin Chen,Wei‐Hsiang Huang,Zheng Tang,Mingkai Xu,Min‐Hsin Yeh,Chih‐Wen Pao,Mingjie Pu,Guangming Yang,Yufeng Guo,Zhiwei Hu,Yinlong Zhu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (37) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aenm.202503319
摘要

Abstract The slow kinetics of alkaline hydrogen evolution reaction (HER) leads to large activity gap between acidic and alkaline electrolytes mainly owing to the extra sluggish Volmer step involving water dissociation and OH − desorption. Herein, a facile and effective strategy is reported to regulate the electronic structures and interfacial water behavior through introducing A‐site cation deficiency in antiperovskites for jointly accelerating the Volmer reaction and thereby improving the alkaline HER performance. As a proof‐of‐concept, the In‐deficient In 0.9 NNi 3 antiperovskite shows significantly enhanced HER activity than stoichiometric counterpart and outperforms various state‐of‐the‐art non‐noble metal electrocatalysts ever reported. More importantly, when applied in a practical anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE) device, the In 0.9 NNi 3 ‐based cathode attains an industrial current density of 1 A cm −2 at a low voltage of 1.92 V and steadily operates up to 100 h, superior to the commercial Raney Ni catalyst. By combined theoretical studies and comprehensive experiments, the enhanced HER performance of In 0.9 NNi 3 is mainly originated from the Ni site‐expedited Volmer step, which includes boosted water dissociation by promoting the free water adsorption and spontaneous OH − desorption due to elongated Ni─N bonds. This work provides a significant inspiration to design high‐performance alkaline HER electrocatalysts via defect chemistry.
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