通过开发低成本和耐用的碱性氢催化剂来取代传统的高铂负载催化阳极，Ni-H2电池技术的发展对于长期大规模储能特别有吸引力。钌(Ru)价格低廉，与氢的结合强度与Pt相近，但是Ru的碱性氢催化活性并不理想。因此，迫切需要一种简便、绿色的策略来直接制造兼具高催化活性和耐久性的氢催化电极。基于此，中国科学技术大学陈维课题组通过将泡沫镍浸入氯化钌(RuCl3)溶液中，在室温下进行自发反应制备了在泡沫镍上具有亚2 nm纳米Ru纳米粒子装饰的Ni(OH)2层电极(Ru-Ni(OH)2/NF)。在1.0 M KOH溶液中，Ru-Ni(OH)2/NF电极在约102 μg cm-2的低Ru负载量下表现出优异的氢活性，具有4.56 mA cm-2的HOR高交换电流密度和极好的HER活性(在电流密度为10 mA cm-2时的HER过电位低至23 mV)。此外，制备的Ni-H自支撑Ru-Ni(OH)2负极电池表现出55 Wh kg-1的高能量密度、良好的倍率性能和出色的耐久性(连续工作1800小时，容量衰减可忽略不计)。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，泡沫镍(NF)基材具有很强的电子传输能力，并提供了大量的氢气扩散途径和催化活性区域；具有优化的氢吸附自由能和由Ru和Ni(OH)2之间的电荷密度交换引起的强相互作用的Ru-Ni(OH)2电极确保了高效HER/HOR性能。该研究为开发用于未来氢能应用的低制造成本和高性能双功能氢催化电极提供了启示。Facile Fabrication of Bifunctional Hydrogen Catalytic Electrodes for Long-Life Nickel-Hydrogen Gas Batteries. Nano Letters, 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04940
