Electrocatalysts with Highly Dispersed Cerium in Nickel Matrix for Hydrogen Evolution in Alkaline Electrolyte

材料科学 电解质 无机化学 化学工程 碱性电池 冶金 电极 物理化学 化学 有机化学 工程类
作者
Aoqi Wang,Guifa Long,Jun Chen,Xiurui An,Tingting Yao,Can Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (25) 被引量:59
标识
DOI:10.1002/aenm.202400647
摘要

Abstract It is challenging to develop highly active and durable electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline water electrolysis. Herein, an electrocatalyst is synthesized with highly dispersed cerium in a nickel matrix, showing an overpotential of 169 mV for HER at a current density of 500 mA cm −2 , about 137 mV lower than that observed without cerium. Kinetic analysis results suggest that doping cerium facilitates the evolution of intermediate H for HER, thus accelerating the process of water dissociation. Density functional theory (DFT) calculations also indicate that the introduction of highly dispersed cerium can lower the energy barrier of the kinetically sluggish Volmer step by altering the orbital occupation near the Fermi level, promoting the process of water dissociation. Furthermore, the electrolyzer constructed with the electrocatalyst exhibits a cell voltage as low as 1.67 V at 800 mA cm −2 for 2000 h in 7 м KOH at 80 °C. The robust property makes it an excellent candidate electrocatalyst for practical applications.
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