Ni诱导的Pt 5d-H 1s反键轨道调控以增强析氢和尿素氧化

柳如艳; 倪振瑞; Olim Ruzimuradov; Khayit Turayev; 刘涛; 余罗; 邝攀勇

物理化学学报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (12) : 117 -127.

柳如艳, 倪振瑞, Olim Ruzimuradov, Khayit Turayev, 刘涛, 余罗, 邝攀勇

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摘要

尽管氢气具有高能量密度、环境友好性和可再生性等优势，但其高效生产受限于析氧反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）的缓慢动力学。本研究报道了一种Pt@PtNi₃核壳合金电催化剂，通过引入Ni元素调控Pt 5d反键轨道占据，同步提升析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）与尿素氧化反应（Urea Oxidation Reaction,UOR）活性。对于HER，优化后的Pt@PtNi₃-500在酸性条件下实现10 mA cm^-2电流密度仅需21 mV的低过电位，同时在碱性条件下的UOR起始电位为1.27 V，性能均优于单金属Pt和Ni催化剂。当被应用于酸碱非对称电解（HER/UOR）时，相较于传统碱性水分解（HER/OER）,Pt@PtNi₃-500的制氢能耗降低了68.3%。机理研究表明Pt@PtNi₃中适量的Ni掺杂增加了Pt 5d–H 1s反键轨道占据，既强化了H⁺吸附又削弱了过强的H*结合，同时还降低了*NH₂脱氢能垒，从而协同促进了氢气生成与尿素分解。该研究为高效生物质氧化辅助制氢合金电催化剂设计提供了新思路。