Bixbyite-type Ln2O3 as promoters of metallic Ni for alkaline electrocatalytic hydrogen evolution

过电位 塔菲尔方程 催化作用 材料科学 分解水 制氢 无机化学 化学工程 化学 物理化学 电极 电化学 光催化 工程类 生物化学 有机化学
作者
Hongming Sun,Zhenhua Yan,Caiying Tian,Li Cha,Xinliang Feng,Rong Huang,Yinghui Lan,Jing Chen,Chengpeng Li,Zhihong Zhang,Miao Du
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:60
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31561-4
摘要

The active-site density, intrinsic activity, and durability of Ni-based catalysts are critical to their application in industrial alkaline water electrolysis. This work develops a kind of promoters, the bixbyite-type lanthanide metal sesquioxides (Ln2O3), which can be implanted into metallic Ni by selective high-temperature reduction to achieve highly efficient Ni/Ln2O3 hybrid electrocatalysts toward hydrogen evolution reaction. The screened Ni/Yb2O3 catalyst shows the low overpotential (20.0 mV at 10 mA cm-2), low Tafel slope (44.6 mV dec-1), and excellent long-term durability (360 h at 500 mA cm-2), significantly outperforming the metallic Ni and benchmark Pt/C catalysts. The remarkable hydrogen evolution activity and stability of Ni/Yb2O3 are attributed to that the Yb2O3 promoter with high oxophilicity and thermodynamic stability can greatly enlarge the active-site density, reduce the energy barrier of water dissociation, optimize the free energy of hydrogen adsorption, and avoid the oxidation corrosion of Ni.
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