二维PdIr2合金纳米片的合成及碱性电解水析氢性能

doi:10.7503/cjcu20260146

摘要/Abstract

摘要：

近年来，电化学析氢反应（HER）已成为一种重要的制氢新途径. 在催化剂方面， Pd基材料被认为是替代贵金属Pt基催化剂的最具潜力的候选材料之一. 然而， Pd基催化剂对氢中间体的吸附过强，制约了其析氢性能的有效发挥. 针对这一问题，本文采用有机前体降解法制备了二维PdIr₂合金纳米片催化剂. 通过合金化策略调控Pd的电子结构，从而提升其在碱性介质中的HER性能. 实验结果表明，所制备的PdIr₂合金纳米片催化剂在10 mA/cm²电流密度下的过电位仅为19 mV， Tafel斜率为51.4 mV/dec，性能显著优于商业铂碳（c-Pt/C）和商业钯碳（c-Pd/C）催化剂. 在稳定性方面，该催化剂在长达136 h内电压衰减仅为63 mV，平均衰减速率为0.46 mV/h，且在最后116 h内，电压衰减在10 mV以内，显示出优于对比催化剂的稳定性.

关键词: Pd基催化剂, PdIr合金, 二维纳米片, 碱性析氢

Abstract:

In recent years， the electrochemical hydrogen evolution reaction（HER） has emerged as a promising approach for sustainable hydrogen production. Among various catalysts， Pd-based materials are regarded as one kind of the most promising alternatives to Pt-based counterparts. However， the excessively strong adsorption of hydrogen intermediates on Pd surfaces limits their HER efficiency. In this study， the two-dimensional PdIr₂ alloy nanosheets was synthesized via an organic-precursor decomposition method. The formation of the alloy structure effectively modulates the electronic configuration of Pd， thereby enhancing its alkaline HER performance. Electrochemical measurements show that the PdIr₂ alloy nanosheet catalyst achieves an overpotential of only 19 mV at a current density of 10 mA/cm² and a Tafel slope of 51.4 mV/dec， significantly outperforming commercial Pt/C and commercial Pd/C catalysts. In addition， the catalyst exhibits excellent long-term stability， with a voltage decay of only 63 mV over 136 h（average decay rate of 0.46 mV/h）. Notably， the decay voltage remains within 10 mV over the final 116 h， demonstrating superior stability compared to the reference catalysts.

Key words: Pd-based catalyst, PdIr Alloy, Two-dimensional nanosheet, Hydrogen evolution reaction（HER） in alkaline

中图分类号:

O646

TrendMD:

陶庆妹, 程浩, 邓佩峰, 张威陈, 王运星, 刘佳伦, 曹绪烨, 杨真真, 张根磊. 二维PdIr₂合金纳米片的合成及碱性电解水析氢性能. 高等学校化学学报, 2026, 47(9): 20260146.

TAO Qingmei, CHENG Hao, DENG Peifeng, ZHANG Weichen, WANG Yunxing, LIU Jialun, CAO Xuye, YANG Zhenzhen, ZHANG Genlei. Synthesis of Two-dimensional PdIr₂ Alloy Nanosheets for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution Reaction Performance. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(9): 20260146.

图/表 9

Fig.1 TEM images of PdIr1(A), PdIr2(B) and PdIr3(C)

Fig.2 XRD patterns of PdIr1, PdIr2 and PdIr3

Fig.3 TEM image(A), lateral size distribution histogram(B), AFM image(C), and corresponding height profile(D) of PdIr2 alloy nanosheets

Fig.4 HRTEM image(A), enlarged HRTEM image of the region marked in (A)(B), and TEM image(left) and TEM⁃EDS elemental mapping images of Pd, Ir, C and overlap(C) for the PdIr2 alloy catalyst

Fig.5 High⁃resolution XPS spectra of Pd3d for the PdIr2 alloy catalyst and pure Pd catalyst(A) and Ir4f for the PdIr2 alloy catalyst and pure Ir catalyst(B)

Fig.6 LSV curves and overpotential comparison at 10, 100, and 500 mA/cm2 of PdIr1, PdIr2, and PdIr3(A, B), LSV curves and overpotential comparison at 10, 100, and 500 mA/cm2(C, D), Tafel plots(E) and double⁃layer capacitance(Cdl) values(F) of the PdIr2 alloy nanosheets, c⁃Pd/C, and c⁃Pt/C

Fig.7 EIS spectra(A) and TOF values(B) of the PdIr2 alloy nanosheets, c⁃Pd/C andc⁃Pt/C

Table 1 Comparison of Tafel slopes and overpotentials at a current density of 10 mA/cm2

Catalyst	Tafel slope/（mV·dec^-1）	η₁₀/mV	Ref.
PdIr₂ alloy	51.4	19	This work
FeCoNiCuPtIr HEA	54.5	21	［40］
Pt_SA⁃Mn₃O₄	54	24	［41］
Ru@2D⁃NC⁃700	31	46	［42］
Pt_SA⁃NiSe⁃V	52	45	［43］
S⁃NiFe₂O₄	61	80	［44］
Pt@DG	53	37	［45］
Ru@V⁃RuO₂/CHMS	55.1	47	［46］
Ni₅P₄⁃Ru	54	56.7	［47］
Rh⁃NiFeO _x	54	57	［48］
Ru	69	87.2	［49］

Fig.8 Chronopotentiometry(CP) curves of PdIr2 alloy nanosheets, c⁃Pd/C and c⁃Pt/C at 10 mA/cm2(A), LSV curves(B) and TEM images(C, D) of PdIr2 alloy nanosheets before(C) and after(D) stability test

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二维PdIr₂合金纳米片的合成及碱性电解水析氢性能

Synthesis of Two-dimensional PdIr₂ Alloy Nanosheets for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution Reaction Performance

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