The role of individual nickel surface species in the hydrogen evolution reaction on nickel in alkaline electrolytes

电解质 催化作用 电化学 化学 密度泛函理论 无机化学 金属 离解(化学) 分解水 水的自电离 碱性水电解 材料科学 活动站点 电子结构 过渡金属 化学工程
作者
Dževad K. Kozlica,Matjaž Finšgar,Pedro Farinazzo Bergamo Dias Martins,Matej Huš,Boštjan Genorio,Justin G. Connell,Milena Martins,Matěj Hývl,Taja Žibert,Katja Andrina Varda,Azra Osmić,Marjan Bele,Blaž Likozar,Blaž Tomc,Miran Gaberšček,Dušan Strmčnik
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41929-026-01605-9
摘要

Abstract The role of Ni surface species in the hydrogen evolution reaction (HER) under alkaline conditions remains a key challenge in the development of cost-effective and efficient catalysts for sustainable hydrogen production. Here we systematically investigate well-defined Ni surfaces through carefully designed experiments to unravel the contributions of specific Ni species (NiO, Ni(OH) 2 and NiH x ) to HER kinetics. Using detailed electrochemical and surface characterization, combined with density functional theory calculations, we demonstrate that NiO, contrary to a body of literature, acts as a passive spectator, blocking active sites without altering intrinsic activity; NiH x inhibits HER by modifying the electronic structure of Ni; and Ni(OH) 2 promotes HER by facilitating water dissociation and creating new, highly active sites in its vicinity on metallic Ni. Our findings establish a unified framework for understanding the intrinsic activity of Ni-based catalysts, addressing discrepancies in the literature and providing insights into the design of next-generation alkaline water electrolysers.
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