Dessalew Dagnew Alemayehu, Meng-Che Tsai, Meng-Hsuan Tsai, Chueh-Cheng Yang,
Chun-Chi Chang, Chia-Yu Chang, Endalkachew Asefa Moges, Keseven Lakshmanan,
Yosef Nikodimos, Wei-Nien Su, Chia-Hsin Wang, and Bing Joe Hwang
J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 19, 16047–16059

國立臺南大學 綠色能源科技學系 蔡孟哲助理教授
國立臺灣科技大學 應用科學研究所 蘇威年教授
國家同步輻射研究中心 奈米科學組 王嘉興副研究員
國立臺灣科技大學 化學工程系 黃炳照講座教授

利用再生能源驅動的電解水產生綠氫，不僅可以作為燃料電池發電的能源之一，亦能作為化學原料的反應起始物，其應用相當的廣泛。因此，開發具有高效率且價格便宜的電解水產氫催化劑，已成為目前研究的重要課題之一。本研究透過水熱法於泡沫鎳基材上合成具有硒化鎳/氮化鎳異質結構的新穎析氫電催化劑。透過X光光電子能譜與軟X光Ni L edge與N K edge能譜分析，驗證了硒化鎳/氮化鎳異質結構的電催化劑表面電子組態與單一化合物硒化鎳或氮化鎳存在顯著的差異。此外，所合成出的異質結構電催化劑在析氫反應中展現出優異的電催化性能，在僅需60 mV的過電位下可產生10 mAcm^-2的電流密度，此結果與市售的鉑金屬催化劑相當，且在100小時的高電流密度穩定度測試中表現相當好的穩定度。除此之外，進一步利用近室壓X光光電子能譜探究發現異質結構的電催化劑相較於單一化合物結構具有優越的吸附水與解離水的能力，最後結合理論計算與析氫反應操作下的臨場X光光電子能譜分析，確認了析氫反應過程中，解離產生的氫離子因異質結構效應，使氫離子溢散至硒化鎳聚集，進而結合形成氫分子產出。本研究成功的合成出具有不同鎳金屬化合物的異質結構電催化劑，並利用理論與多種實驗技術驗證電催化反應機制，開發出具有高活性與穩定性的析氫電催化劑，此成果將有助於未來不同高性能電催化劑的開發。