Ni-P触媒の未知領域の探求：水素発生反応中のオペランド探索

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 表面科学

背景:

• 水素発生反応（HER）のためのリン化ニッケルにおける活性部位の理解は、効率的な電極触媒の開発にとって重要です。
• オペランド表面感受性技術は、触媒条件下での触媒の挙動を調査するために必要です。
• 以前の研究は、触媒作用中の真の活性種を反映していない可能性があるex situ分析にしばしば依存しています。

研究 の 目的:

• オペランドX線吸収分光法（XAS）を用いてHER中のリン化ニッケルの表面化学を調査すること。
• 触媒プロセスにおけるNiとPの両方のサイトの役割を解明すること。
• in situ観測と理論モデリングおよびex situ特性評価との相関をとること。

主な方法:

• オペランドXAS研究のための2つのリン化ニッケル調製方法の開発。
• 電気化学的条件下でのNi K端およびP K端 ગ્રેઝિંગ ઇન્સિડન્સ XAS（GIXAS）測定。
• Ni₂P [0001]モデルのためのin situX線光電子分光法（XPS）および理論計算（DFT）。

主要な成果:

• オペランドNi K端XASは、カソード電位下で調製済みNi₂P状態を超えてNiサイトが還元されることを示し、完全にHで覆われたNi₂P [0001]モデルと一致しました。
• Ni表面サイトは、印加バイアスを除去するとすぐにNiOに酸化され、活性相がHER中の共有結合Ni⁰であることを示しました。
• P K端XASは、電解質中のP⁵⁺リン酸塩の除去と新しいP表面状態の形成を明らかにし、これらはHER中に安定でしたが、空気乾燥時に酸化されました。

結論:

• HER中の活性相は、反応後に形成されるNi²⁺酸化物ではなく、共有結合Ni⁰です。
• 表面Pサイトは電解質中で可逆的な変化を受けますが、空気への暴露時に不可逆的な酸化が発生します。
• in situ活性Pサイトはex situ条件下で観察されるサイトとは大きく異なり、オペランド研究の重要性を強調しています。