清华大学深圳国际研究生院刘碧录副教授与中国科学院上海高等研究院张硕研究员合作，开发出一种在大电流条件下性能优异的镍基催化剂（h-NiMoFe），并结合原位光谱表征和理论计算阐明了其催化机理。研究人员采用水热反应结合高温热还原的两步法制备出h-NiMoFe催化剂。首先，该催化剂具有三维多孔结构，保证了催化剂在大电流条件下能够与电解液充分接触。其次，结合原位X-射线吸收谱和准原位X-射线光电子能谱，研究人员发现催化剂中的钼和铁显著调控了镍位点的电荷分布，提高了镍的价态。第三，催化剂的表面化学特征也发生改变，被钼和铁修饰同时的镍基催化剂表面具有高羟基化的特征。进一步的密度泛函理论计算表明，铁物种改变了镍位点的d-带中心位置，优化了其氢吸附自由能。同时，碱性环境下氢析出反应的水解离步骤也得到优化，以上催化剂微纳结构、活性位点的电荷分布和化学组分等因素综合起来，使h-NiMoFe具有优异的电解水氢析出性能。相关研究成果近期以“Stabilized Hydroxide-Mediated Nickel-Based Electrocatalysts for High-Current-Density Hydrogen Evolution in Alkaline Media”为题在线发表在Energy & Environmental Science期刊上。