3D打印的鎳基電催化劑可實現(xiàn)高效的析氫

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

據(jù)悉，水電解是利用可再生能源生產(chǎn)氫氣的有效方法。開發(fā)具有成本效益的電催化劑，用于在堿性介質(zhì)中進(jìn)行高效耐用的析氫反應(yīng)，對于滿足日益增長的氫氣需求至關(guān)重要。

△Ni基電極光固化3D打印示意圖。圖片來源：SARI

鉑族金屬在析氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性，但其高昂的成本阻礙了其廣泛的應(yīng)用。

近日，由SARI Tang Zhiyong教授和Zhang Jie副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出了一種新穎的光固化3D打印方法，直接制造具有獨特面筋狀立方體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)催化劑-基底相互作用的結(jié)構(gòu)化鎳基電催化劑。

該研究發(fā)表在Nano Energy上。

△催化劑的形態(tài)特征。

光固化3D打印的制造成本比選擇性激光熔化3D打印低得多，自由度和打印精度也比直接墨寫3D打印高得多。

基于這項技術(shù)，研究人員優(yōu)化了印刷漿料的組成和后處理過程。所得電極表面呈現(xiàn)出面筋狀立方結(jié)構(gòu)，其中Ti以無定形狀態(tài)存在，與Ni發(fā)生強(qiáng)烈相互作用，導(dǎo)致活性位點增加，電解性能改善.

定制的鎳基電極具有出色的耐久性和出色的低過電位，超過了商用Pt/C催化劑和大多數(shù)最先進(jìn)的電催化劑。

△不同催化劑在1.0中的電催化性能 M KOH溶液。

密度泛函理論計算進(jìn)一步表明，Ti摻雜降低了水解離能壘和氫能勢壘，從而增強(qiáng)了析氫反應(yīng)。

△Ti-Ni-NS的長期穩(wěn)定性測量。

這項工作為精確制備結(jié)構(gòu)型無貴金屬催化劑提供了一種新穎的策略，該催化劑在堿性水電解中具有增強(qiáng)的活性。此外，開發(fā)的光固化3D打印方法為制造具有復(fù)雜3D架構(gòu)的低成本電催化劑提供了另一種選擇。

來源：Direct photo-curing 3D printing of nickel-based electrocatalysts for highly-efficient hydrogen evolution, Nano Energy (2022). DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107615