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高可靠性和超長壽命使水-氫氣（H₂）電池成為大規(guī)模儲能的理想選擇，但Pt催化劑的堿性析氫和氧化反應(yīng)（HER/HOR）活性較低，嚴(yán)重阻礙了其在H₂電池中的廣泛應(yīng)用?；诖?，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳維教授等人報道了以超快電脈沖方法，制備了一種由炭黑負(fù)載釕鎳合金納米顆粒（RuNi/C）的高活性電催化劑，用于鎳-氫氣（Ni-H₂）電池。

RuNi/C催化劑在50 mV時具有2.34 A mg^?1的超高HOR質(zhì)量活性，在電流密度為10 mA cm^?2時具有19.5 mV的HER過電位。Ni-H₂(RuNi)電池還可在-25 °C至+50 °C下高效運行，在5-50 mA cm^?2的電流密度下，在1500次循環(huán)后，容量和效率衰減可以忽略不計。需注意，Ni-H₂(RuNi)電池在280 mg cm^-2（60 mAh cm^-2）的超高正極Ni(OH)₂負(fù)載和62.5 μg cm^-2的低負(fù)極Ru負(fù)載下實現(xiàn)了高達(dá)183 Wh kg^-1的電池級能量密度。

通過DFT計算，作者模擬了Ru(101)和RuNi(101)對HER/HOR的反應(yīng)途徑。首先研究了HER對H₂O的吸附，相應(yīng)的差分電荷密度填色優(yōu)化構(gòu)型如圖所示。Ru(101)和RuNi(101)的表面邊緣Ru原子被識別為H₂O的吸附位點，水吸附后Ru(101)和RuNi(101)的邊緣Ru原子發(fā)生了明顯的電子相互作用和電子重排?；瘜W(xué)吸附后的H₂O分子被活化，H-O鍵長度增加，H₂O的偏態(tài)密度（PDOS）發(fā)生變化。

此外，作者計算得到的自由能圖，包括H₂O吸附、H₂O解離、氫氣吸附和氫氣生成，以進(jìn)一步了解Ru和RuNi催化劑在堿性HER/HOR可逆性上的差異。在可逆HER/HOR過程中，自由能爬升最高的步驟被認(rèn)為是速率決定步驟（RDS）。

RuNi(101)將HER中*OH的解吸步驟確定為RDS，其自由能爬升為0.41 eV，這是Volmer過程的最后一步。Ru(101)在HER過程中*OH的解吸也是RDS，比RuNi(101)困難得多，其自由能爬升更高，為0.71 eV。結(jié)果表明，從熱力學(xué)的角度來看，RuNi(101)可實現(xiàn)更好的可逆堿性HER/HOR性能。

Ultrafast Electrical Pulse Synthesis of Highly Active Electrocatalysts for Beyond-industrial-level Hydrogen Gas Batteries. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202300502.

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陳維教授AM：超快電脈沖合成高活性超工業(yè)級氫氣電池電催化劑

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