Amorphous nickel hydroxide shell tailors local chemical environment on platinum surface for alkaline hydrogen evolution reaction

催化作用 氢氧化物 电解质 化学工程 铂金 无机化学 无定形固体 材料科学 化学 塔菲尔方程 电化学 有机化学 冶金 物理化学 工程类 电极
作者
Chengzhang Wan,Zisheng Zhang,Juncai Dong,Mingjie Xu,Heting Pu,Daniel Baumann,Zhaoyang Lin,Sibo Wang,Jin Huang,Aamir Hassan Shah,Xiaoqing Pan,Tiandou Hu,Anastassia N. Alexandrova,Yu Huang,Xiangfeng Duan
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:22 (8): 1022-1029 被引量:183
标识
DOI:10.1038/s41563-023-01584-3
摘要

In analogy to natural enzymes, an elaborated design of catalytic systems with a specifically tailored local chemical environment could substantially improve reaction kinetics, effectively combat catalyst poisoning effect and boost catalyst lifetime under unfavourable reaction conditions. Here we report a unique design of 'Ni(OH)2-clothed Pt-tetrapods' with an amorphous Ni(OH)2 shell as a water dissociation catalyst and a proton conductive encapsulation layer to isolate the Pt core from bulk alkaline electrolyte while ensuring efficient proton supply to the active Pt sites. This design creates a favourable local chemical environment to result in acidic-like hydrogen evolution reaction kinetics with a lowest Tafel slope of 27 mV per decade and a record-high specific activity and mass activity in alkaline electrolyte. The proton conductive Ni(OH)2 shell can also effectively reject impurity ions and retard the Oswald ripening, endowing a high tolerance to solution impurities and exceptional long-term durability that is difficult to achieve in the naked Pt catalysts. The markedly improved hydrogen evolution reaction activity and durability in an alkaline medium promise an attractive catalyst material for alkaline water electrolysers and renewable chemical fuel generation.
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