青岛科技大学王磊/赖建平教授团队EcoEnergy：通过氮化硼作为载体富集H2O促进非过滤海水析氢

图文解析

       采用透射电镜（TEM）和高分辨率投射电子显微镜（HRTEM）分析Pt/h-BN的微观结构。Pt颗粒均匀地分布，Pt颗粒平均粒径为3.0±0.1 nm（图1A）, Pt晶格条纹为2.26nm（图1B）。通过（EDS）mapping图像观察相应区域的元素分布（图1D）, Pt以原子形式均匀分布，B，N，Pt元素的分布进一步证实了成功制备的Pt/h-BN。

       通过原子力显微镜(AFM)分析微观结构。相比于Pt/C（图2B），Pt/h‐BN（图2A）的表面相对更光滑，Pt/h‐BN的粗糙度为2.0nm（图2C）和Pt/C的粗糙度为3.0nm（图2D）。这意味着更光滑的表面有利于防止结垢。

       在碱性海水中分析了催化剂的析氢性能。在500 mA cm^-2、500 mA cm^-2 、1000 mA cm^-2时Pt/h‐BN的过电位分别为84，228，317 mV，Pt/C为257，451，537 mV（图3A，3B）。Pt/h‐BN和Pt/C的塔菲尔斜率分别为177.32，56.98 mV dec^-1（图3C）。Pt/h‐BN，Pt/C和h-BN的TOF值为3.06，0.88，0.75 s^-1（图3D）。Pt/h‐BN的交换电流密度为5.8 mA cm^-2（图3E）。在500 mA cm^-2下Pt/h‐BN的稳定性测试高达1000 h（图3F）。这证实了Pt/h‐BN在无过滤海水具有优良的析氢性能。

图4. （A）和（B）Pt/h-BN和Pt/C的原位红外光谱图；（C）Pt/C和（D）Pt/h-BN的原位拉曼图；（E）Pt/h-BN和（F）Pt/C在NaCl溶液中的拉曼光谱图。

       通过原位红外和原为拉曼测试表明，相对于Pt/h-BN，Pt/C上出现明显的Mg–OH键（~1400 nm^-1)或Ca–OH键（~3000 nm^-1)振动峰。而Pt/h‐BN没有显示出显著的Mg–OH或Ca–OH特征峰（图4A）。根据图4B，H–O–H弯曲振动峰值位于Pt/h‐BN（1635.20 cm^-1)低于波数Pt/C（1635.74 cm^-1)，表明Pt/h‐BN促进水分解的发生。在图4E，F中，在630 cm^-1处出现特征峰，这可能与Cl⁻的形成有关，并且Pt/C上的Cl⁻振动峰更明显，这表明Pt负载在h‐BN后可显著降低Cl⁻的吸附。这表明h-BN的存在能有效防止污垢和Cl⁻的形成。

       在实际AEM电解槽中，Pt/h‐BN的HER活性高于商用Pt/C，Pt/h‐BN在1 A cm^-2下过电位为3.34V（图5C），在实际应用中，催化剂的稳定性可以发挥更大的作用。在100 h电化学测试，电池电压没有波动显著（图5D）。这表明催化剂在AEM电解槽中也具有优异的稳定性。

总结与展望

       本文章证明了由于h-BN作为载体可以有效吸收H₂O，减少Cl^-的吸收和不溶性沉淀的形成，从而实现耐腐蚀和防污，并减少在碱性海水中高电流密度下的能量消耗。此外，在一个AEM电解槽，Pt/h-BN具有优异的氢气工业生产条件下的进化性能具有良好的工业应用前景。这种反应物富集吸附的策略也可用于其他复杂的催化环境。