Omdat waterstofbrandstof een hoge energiedichtheid heeft en het milieu niet vervuilt, het heeft nu het potentieel aangetoond om fossiele energie te vervangen. De waterstofevolutiereactie (HER) is een van de meest veelbelovende waterstofproductiemethoden als een halfreactie van de elektrolyse van water. Momenteel, traditionele op Pt gebaseerde verbindingen worden gebruikt als de meest actieve elektrokatalysatoren voor waterstofontwikkelingsreacties. Echter, Pt is relatief schaars en duur. Daarom, ontwerpen en synthetiseren zeer efficiënt, stal, en goedkope katalysatoren is een grensverleggend onderwerp op het gebied van waterelektrolyse.

Onlangs, Zhenxing Li en zijn team van de China University of Petroleum (Beijing) hebben spannende vooruitgang geboekt bij de voorbereiding van HER-katalysatoren, met behulp van een eenvoudige eenpotsmethode om ultrakleine holle nanodeeltjes van ternaire legering te synthetiseren, inclusief PtNiCu-nanodeeltjes, PtCoCu-nanodeeltjes en CuNiCo-nanodeeltjes. Tijdens de synthese, de verdringingsreactie en het oxidatieve etsen speelden een belangrijke rol bij de vorming van holle structuren. De gemiddelde grootte van PtNiCu-nanodeeltjes is slechts 5 nm en bevat slechts 10% Pt. De unieke holle structuur en het grote specifieke oppervlak verhogen de mate van blootstelling aan oppervlakteatomen, zorgen voor overvloedige actieve centra, en ervoor zorgen dat PtNiCu-nanodeeltjes uitstekende elektrokatalytische activiteit en stabiliteit vertonen. In alkalisch elektrolyt, de overpotentiaal van holle PtNiCu-nanodeeltjes bij 10 mA cm ^-2 is zo laag als 28 mV versus RHE met een tafelhelling van 52,1 mV dec ^-1 , die lager was dan die van commerciële Pt/C. In aanvulling, de massa-activiteit is 5,62 keer hoger dan die van het commerciële Pt/C-systeem. Dit verlaagt effectief de kosten van op platina gebaseerde elektrokatalysatoren en zorgt ervoor dat platina-atomen efficiënter worden gebruikt.

Door de bonding en antibonding orbitale vulling te analyseren, de berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) laten zien dat de ΔGH* van PtNiCu-nanodeeltjes 0,05 eV is, die bijna nul is. In het waterstofevolutiereactie (HER) reactieproces, de bindingssterkte van verschillende metalen aan het waterstoftussenproduct (H*) was in de orde van Pt> Co> Ni> Cu. Dus, de uitstekende HER-prestaties van holle PtNiCu-nanodeeltjes kunnen worden toegeschreven aan matig synergetische interacties tussen de drie metalen en H *. Door theoretische berekeningen te combineren met experimentele gegevens, dit werk biedt een nieuwe strategie voor het ontwerp en de voorbereiding van goedkope en hoogwaardige HER-katalysatoren.