1月26日，國際期刊《Energy & Environmental Science》（影響因子38.532）在線刊發(fā)了化學與化工學院、能量轉(zhuǎn)換與存儲材料化學教育部重點實驗室王得麗教授團隊的最新研究成果：“具有可控軌道雜化和應(yīng)變場的氮嵌入鎳納米片實現(xiàn)高效堿性氫氧化反應(yīng)（Nitrogen-inserted nickel nanosheets with controlled orbital hybridization and strain fields for boosted hydrogen oxidation in alkaline electrolytes, doi:10.1039/D1EE03482K, DOI: 10.1039/D1EE03482K）”。

陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)作為一類重要的氫能利用技術(shù)，由于其在堿性電解質(zhì)中可使用廉價金屬催化劑的經(jīng)濟優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。然而，在堿性電解質(zhì)中，其陽極氫氧化反應(yīng)(HOR)的動力學較酸性電解質(zhì)低2-3個數(shù)量級。為加速AEMFC的商業(yè)化應(yīng)用，開發(fā)高效且低成本的堿性HOR催化劑具有重要意義。

針對這一問題，王得麗教授團隊提出了精確控制金屬Ni的軌道雜化和應(yīng)變場的策略，通過構(gòu)建氮嵌入鎳納米片實現(xiàn)了高活性且低成本HOR催化劑的開發(fā)（圖1）。氮原子的引入一方面可與近鄰鎳位點產(chǎn)生d-sp軌道雜化，優(yōu)化鎳位點對反應(yīng)中間體H的吸附；另一方面也可使鎳晶格發(fā)生拉伸應(yīng)變，增強鎳位點對反應(yīng)中間體OH的吸附，從而可以顯著加速堿性氫氧化反應(yīng)過程。相應(yīng)的，氮嵌入鎳納米催化劑的質(zhì)量活性高達77.13 A g^-1，是純鎳催化劑的53倍。該工作為燃料電池氫氧化反應(yīng)催化劑的設(shè)計提供了新思路。

圖1 氮嵌入鎳納米片及其堿性氫氧化性能

華中科技大學為該項工作的第一完成單位及通訊單位，化學與化工學院趙旭副教授為該論文的第一作者，王得麗教授為論文通訊作者。該論文得到中國科學技術(shù)大學在理論計算，臺灣大學在同步輻射光源方面的幫助。該研究得到了國家自然科學資金（22002046和91963109）以及華中科技大學啟動基金（2020kfyXJJS063）的資助。