NiCrN高效电催化剂的制备及其析氢催化性能

背景介绍随着地球上化石燃料的不断开发和利用，环境污染和能源危机问题日益严峻。为了实现碳达峰、碳中和的战略目标，需要寻找一种新能源技术来代替传统的化石能源。氢能是一种具有高能量密度的清洁能源，如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题，而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式，对促进氢能经济的发展具有重要的意义。文章亮点01.通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂（Ni/CrN）。02.利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征，并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。03.开发出了一种易于制备的高性价比析氢催化剂，为更多优异催化剂的结构设计和提升催化剂性能方面提供了新型的研究思路。内容介绍1实验部分1.1

主要仪器与试剂1.2

实验方法1.2.1

Ni2CrO4前驱体的制备1.2.2

Ni/CrN的制备1.2.3

NiPs和CrN的制备1.2.4

催化剂电极的制备1.2.5

电催化产氢性能测试2结果与讨论2.1

XRD分析采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）对Ni/CrN中含有Ni的含量进行了检测，其中Ni的含量为58.71%，这符合制备时加入原料的比例。如图1所示，分别为Ni、CrN及Ni/CrN样品的XRD图。2.2

SEM分析采用扫描电子显微镜（SEM）对Ni/CrN、Ni和CrN样品的形貌进行观察。如图2a所示，Ni/CrN催化剂表面有凸起条状纹路遍布，整体呈现出类珊瑚礁状结构。2.3

TEM和EDX分析为了进一步研究催化剂的结构性质，用透射电子显微镜（TEM）对Ni/CrN的结构和组成进行表征，测试结果如图3所示。2.4

XPS分析电化学的反应过程主要发生在催化剂的表面，因此，可以通过X射线光电子能谱（XPS）分析催化剂表面的能级结构和化学组成。图4a为Ni/CrN、Ni和CrN的XPS全谱结果，清楚的显示了Ni、Cr和N元素的存在，这与TEM-EDS元素分布图结果一致。如图4b所示为Ni2p的XPS图谱，Ni/CrN催化剂呈现出6个特征峰，可分为Ni2p3/2和Ni2p1/2两组峰。2.5

电催化析氢性能研究采用三电极体系对各电极材料进行碱性（1.0mol/LKOH）HER性能的测试，并在相同条件下测试Pt/C电极的性能作为对照。如图5a所示为各电极材料的极化曲线，在10mA/cm2电流密度下，Ni/CrN催化剂的过电位为66mV，十分接近Pt/C催化剂的47mV，并且远低于单纯的Ni和CrN催化剂，证明了Ni/CrN具有优异的HER催化活性。3结论3.1

采用水热法得到NiCrO4前驱体，再通过热氨解法成功的制备了具有高分散性、高催化活性、高稳定性的Ni/CrN电催化剂。Ni与CrN形成Ni/CrN支撑结构改变了催化剂的微观形貌。Ni在催化剂表面规则的均匀分布，形成具有条状凸起的类珊瑚礁结构，在一定程度上提高了析氢性能。3.2

Ni/CrN在1.0mol/LKOH溶液中表现出了最佳的析氢性能，Volmer-Hevrovskv步骤作为反应的决速步骤，在电流密度10mA/cm2的条件下，仅有67mV过电位和47mV/dec的Tafel斜率，这与Pt/C催化剂已经十分接近。CrN与Ni之间的相互作用，优化了催化剂的电子结构，提高了活性位点的固有催化活性，提高了材料的导电性，提升了HER催化活性。3.3

CrN载体的加入改善了Ni纳米颗粒大