文章导读
你正在为燃料电池的成本问题头疼，毕竟铂催化剂占了总成本的40%。当所有人都在尝试用廉价金属替代铂时，西安交大赵旭团队却从纳米结构入手，发现氮化镍孪晶不仅能提升催化效率，更意外解决了碱性环境下氢氧根离子“传递慢”和“吸附难”两大瓶颈。这种催化剂的活性达到铂碳的5倍，还具备抗中毒能力。但最让人惊讶的是，它采用的低温制备工艺可能让制造成本断崖式下降——这项突破是否会彻底改变氢能商业化进程？
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氢能向电能的高效转化被视为清洁能源利用的关键一环。其中，碱性膜燃料电池因可使用无铂催化剂进行高效氢电转化的优势受到广泛关注。然而，其阳极氢气氧化反应过程在碱性条件下的反应速率比质子交换膜燃料电池阳极低两个数量级，严重限制了其大规模商业化应用。
纳米氮化镍孪晶强化氢气氧化过程图
针对上述挑战，西安交通大学化工学院赵旭研究员团队提出一种简单的低温孪晶化策略诱导形成氮化镍纳米催化剂。团队研究发现，这些纳米孪晶结构可改善界面氢键网络的连通性，增强氢氧根离子的传递；也可以使价电子离域，增强氢氧根离子的吸附。从而同时解决了碱性膜燃料电池阳极氢气氧化过程中氢氧根离子“传递慢”和“吸附难”两个难题。因此，该纳米孪晶催化剂在氢气氧化过程中表现出卓越的催化性能。研究数据表明，其质量活性达到商业铂碳催化剂的5倍。同时，该催化剂亦展现出优异的抗一氧化碳中毒能力和超长耐久性，表现出良好的商业使用价值。
该研究成果以《氮化镍孪晶纳米片催化剂实现高效氢气电氧化》（Nanotwinning of the Nickel Nitride nanosheets for robust hydrogen oxidation electrocatalysis）为题发表在国际权威期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。西安交通大学为本文第一通讯单位，西安交通大学化工学院博士生崔星宇为本文第一作者。以上工作得到基金委面上/青年项目、陕西省三秦英才引进计划项目、陕西省秦创原高层次创新创业人才项目、西安交通大学青年拔尖人才项目支持。西安交通大学大型仪器设备共享实验中心提供相关表征分析支持
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202525035
赵旭课题组主页：https://www.xuzhaolab.com/
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之前搞过碱性膜电极，氢氧根传递慢真是头疼
低温孪晶化听着简单，实际做起来怕不是要命
这催化剂真能干到铂的5倍？有点不敢信🤔