Regularities of hydrogen evolution on steel cathodes covered with galvanic nickel coatings containing vanadium-pentoxide inclusions

Implanting Ni-O-VOx sites into Cu-doped Ni for low-overpotential alkaline hydrogen evolution

“…In industrial water electrolysis, V 2 O 5 is often used as an additive to the alkaline electrolyte. It was found that V 2 O 5 in the electrolyte can initiate reactivation of the deactivated Ni cathode, by formation of a vanadium-rich deposit that enables efficient hydride removal from Ni to refresh the active sites 23 . Inspired by this finding, in this study, we set out to implant highly active Ni-O-VOx sites into Cu-doped Ni to construct an efficient and stable HER catalyst by using a facile electrodeposition method.…”

Amorphous Vanadium Oxide Loaded by Metallic Nickel-copper towards High-efficiency Electrocatalyzing Hydrogen Production

“…Key words: nickel-copper alloy; vanadium oxide; hydrogen evolution reaction; cluster structure; synergistic effect 电解水制氢是人类社会追求可持续发展能源最 简单而有效的途径之一 [1][2] 。而开发具有高经济性、 高活性、高稳定性的催化剂是获得氢气的关键。目 前，铂基贵金属是市场上最有效的析氢电催化剂， 但其稀缺性及高成本限制了其规模化实际应用 [3][4][5] 。 因此，开发高丰度、低成本、高活性，能持续产生 氢气、满足工业应用的非贵金属基电催化剂来替代 贵金属催化剂是解决问题的关键。因在碱性介质中 突出的催化活性，镍和不锈钢常被用作工业电解水 的阴极材料，但金属表面具有显著的氢吸附或氧扩 散，会引起强烈的化学腐蚀，使其在长期的水电解 过程中常发生严重的失活现象 [6][7][8] 。 近来，越来越多的科研工作者聚焦于镍、铁、 钴、钼、钒基材料的氢氧化物、硫化物、磷化物、 硒化物等电催化剂的开发 [9][10][11][12][13] 。但碱性介质中缺少 质子，少有催化剂能与商业 Pt/C 匹敌。因此，设计 开发在碱性介质中高效且稳定的析氢催化剂具有重 要意义。Gong 等 [14] 报道了一种 Cr2O3 包覆 NiO/Ni 的复合电催化剂，在析氢反应中表现出高活性和超 强稳定性。研究发现 Cr2O3 涂层在保护核心 NiO/Ni 活性位避免氧化和聚集中起到了重要作用。Li 课题 组 [15] 也开发了一种新型 N 包覆的镍基催化材料，并 证实了 N 的包覆对材料本征活性具有促进作用。N 包覆使得催化剂表面活性 H 原子吸附与产物 H2 分 子脱附达到理想平衡，从而具有良好的催化活性及 稳定性。 尽管高活性非贵金属催化剂已有诸多报道， 人们还是迫切希望能以简单温和的方法开发出高效 耐用的催化剂来满足商业电解槽的需求。 铜和镍是本征析氢活性仅次于贵金属的金属， 两者的最外层电子结合形成金属间的协同电催化作 用，能明显提高单一金属的催化析氢能力 [16] 。镍铜 基电极材料因其优异的析氢性能、低廉的成本以及 丰富的储量，已成为工业化制氢领域替代商业 Pt/C 的候选电极材料之一 [17] 。钒氧化物因良好的反应活 性、较高的比容量，已广泛应用于能源储存、催化 和气相变色领域 [18][19][20] 。在工业电解水制氢中，V2O5 通常作为一种电解质添加剂，通过形成富钒沉淀有 效去除阴极表面的氢化物， 激活 Ni 阴极表面失活的 活性位点。无论是复合氧化物还是复合异质金属， 引入 V 原子可以调整紧邻原子的电子结构、或 增强 费米能级附近的态密度，均能显著改善材料的本征 析氢活性 [21][22][23] 。 He 等 [24] 通过一步水热合成获得了镍 钒双氢氧化物纳米片(NiV-LDH/NF) ，在碱性介质 中表现出优良的析氢活性和耐用性， 电流密度为 10 mA•cm -2 时需要的过电位为 114 mV。 Dey 等 [25] [17] 制备。以催化剂的析氢 活性为指标，采用单因素控制变量法 [26] 优化钒源浓 度、电位窗口、扫面速度、沉积圈数等参数。研究 中使用的试剂及仪器、目标催化剂的物理表征及电 化学测试过程详见支撑材料 S1~S3。 111)晶面 [29] [30] 。在 855.9 和 873.7 eV 处出现了一对分 裂能为 17.8 eV 的特征轨道峰，同时还伴随着一对 结合能为 861.9 和 880.2 eV 的卫星峰，这归属于 [33] 。 在图 4(d)中， O1s 的高分辨 XPS 谱图出现了两个光电子发射峰，对应氧元素的两种 键合形式。结合能为 529.8 eV 的光电子发射峰属于 V2O5 中的 V-O 键 [34] Co@N-CNT 94.0 44 [35] FeCoNi-HNTAs 37.5 58 [36] NiFeV/NF 62.0 125…”