DOI:10.1016/j.jcis.2020.11.103

具有成本效益、活性和稳定性的电催化剂是电催化分解水制氢的关键。在此，研究者通过静电纺丝法制备出一种由Ni/Gd2O3/NiO异质结构成的新型纳米纤维（NF）。所制备的材料对析氢反应（HER）具有较高的电催化性能，起始电位为89mV，与铂（Pt）的电位非常接近。在Ni/Gd2O3/NiO同轴异质结构中成功优化了NiO的化学和电学性能，掺有Gd3+的NiO NFs显著提高了其电导率并促进了HER反应动力学。这些NFs具有长期耐用性和可通过HER产氢的独特优势，并且性能优于基准Pt催化剂。这些金属氧化物NFs和纳米结构的成功制备为合成高效HER催化剂提供了新的途径。

图1：所制备的NiO、Gd2O3/NiO和Ni/Gd2O3/NiO纳米纤维的XRD图谱。图b聚焦在更窄的2θ窗口上，以进行更精细的分析。在每个图的底部，显示了NiO（PDF＃047-1049），Gd2O3（PDF＃012-0797）和金属Ni（PDF＃004-0850）参考结构的相位分配。

图2：所制备的NiO（a），Gd2O3/NiO（b）和Ni/Gd2O3/NiO（c）纳米纤维的场发射SEM图像。Gd2O3/NiO（d，e-h）和Ni/Gd2O3/NiO（i，j-m）的HRTEM图像（d和i）以及EDX元素映射（e-h和j-m）。蓝色框标记的Ni/Gd2O3/NiO区域的快速傅立叶变换（FFT）图谱以及插图中的相应强度分布（i），氧（f和k），镍（g和l）和钆（h的m）。（1）和（m）中的线扫描证实了Gd在NF表面上的偏析。

图3：NiO、Gd2O3/NiO和Ni/Gd2O3/NiO纳米纤维中Ni 2p（a），O 1s（b）和Gd 3d（c）的高分辨率XPS光谱。

图4：NiO、Gd2O3/NiO和Ni/Gd2O3/NiO纳米纤维的室温CW-EPR光谱（9.78GHz，5G，100kHz，2mW mw功率）。将光谱归一化为样品质量。

图5：a）在1M KOH中，以5mV/s获取的NiO、Gd2O3/NiO和Ni/Gd2O3/NiO纳米纤维进行HER的LSV曲线，b）在1M KOH中，以5mV/s获取的试样纳米纤维和市售Pt在10mA/cm2下的LSV曲线，c）所制备纳米纤维的Tafel图，d）通过绘制200mV（相对于RHE）下的电流密度变化（Δj=（ja-jc）/2）来估算Cdl。e）Ni/Gd2O3/NiO在150mV下的计时电流测试，f）在1M KOH中，以5mV/s获取的Ni/Gd2O3/NiO电极在进行5000CV测试之前和之后的LV曲线，g）实验前，在Ar饱和的1M KOH中，Ni/Gd2O3/NiO在350mV（相对于RHE）下进行HER长达30min的法拉第效率（FE）。每15分钟对析出的H2浓度进行定量；h）在0.1Hz到1MHz的频率范围内绘制EIS奈奎斯特曲线，等效电路如插图所示。

图6：Ni/Gd2O3/NiO NF表面的HER机理。