具有高成本效益的阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)由于在正极和阴极中使用非铂族金属(PGM)电催化剂而受到越来越多的关注。在过去的几十年里，大量高效的非PGM催化剂被开发出来用于阴极氧还原反应(ORR)。然而，在碱性介质中阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢，其中反应动力学比在酸性介质中低2-3个数量级，这需要更高的PGM负载来获得良好的HOR性能，增加了AEMFC的成本。因此，开发高效耐用的非PGM HOR催化剂是推进AEMFC进一步发展和实际应用的关键，但仍然具有挑战性。
近日，中国科学院化学研究所胡劲松、唐堂和兰州大学徐彩玲等开发了一种分子前驱体导向策略，在Ni纳米晶体中创建大量的原子相干堆叠缺陷(SFs)和孪晶界(TBs)，得到了具有多个外延hcp/fcc异质界面的非常规hcp/fcc Ni异质晶体(u-hcp/fcc Ni HNC)。除了正常的表面原子外，u-hcp/fcc Ni HNC还提供了大量额外的凸位点来调节碱性HOR中不同关键物种的吸附。本文系统地研究表明，与传统的Ni(111)晶面不同，在SFs或TBs上形成的凸位点使*H在具有弱HBE的新桥位置吸附，避免了传统空心位置过强的*H吸附。重要的是，这种不对称位点可以通过原子阶梯构型同时稳定界面*H2O，协同降低速率决定步骤(Volmer步骤)的动力学势垒，从而促进碱性HOR的反应动力学。性能测试结果表明，u-hcp/fcc Ni HNC具有较好的碱性HOR催化性能，其质量活性和比活性分别为40.6 mA mgNi−1和32.4 μA cm−2，优于大多数Ni基催化剂；同时，经过2000次CV循环后该催化剂的活性仍保持初始值的85%。更重要的是，Ni的d带宽度较小，d带中心与CO分子轨道的匹配度较低，从而削弱了CO的吸附。在含有1000 ppm CO条件下，u-hcp/fcc Ni HNC的电流密度在连续反应1600s后保持在84%以上，显示出有较好的CO耐受性。总的来说，该项研究不仅报道了一种有效且简单的调制Ni表面构型的方法，而且为通过操纵原子表面位点来同时利用多个中间体提供了范例。Unconventional hcp/fcc nickel heteronanocrystal with asymmetric convex sites boosts hydrogen oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202409763
