文献综述

1. 引言

众所周知，能源是人类生活质量的根本，也是经济增长的基本组成部分。现代社会对于能源的需求更是在急速地增长，但化石能源的枯竭及伴随着的温室效应等环境问题，使得寻求清洁能源成为一大趋势。而氢气是一种新型的能源载体，具有资源丰富、可再生、环保等优点。氢气经燃烧后生成对环境无危害的水，并且水经过电解后又可得到氢气，所以氢能源备受能源领域人员的青睐^[1]。

水的电解条件可以是酸性、碱性或中性，但由于电解速率、成本费用等实际问题的限制，电解水的工业条件通常为碱性^[2]。水的电解由阳极的析氧反应（oxygen evolution reaction,OER）和阴极的析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）两个半反应组成。阴极HER反应在碱性环境中动力学缓慢，从而导致了过电位偏大及能量损失，因此需要寻求一种高效的HER催化剂^[3]。高催化活性及良好稳定性是HER催化剂性能的良好体现。贵金属铂的催化活性最高，但稳定性不够好且储量少、价格贵^[4-6]。因此，寻找价格低廉且催化性能优异的HER催化剂是电解水制氢的研究热点。

钙钛矿型氧化物（perovskite oxides）价格低廉、制备简单、结构和理化性质可调，在HER反应中显示出了较好的催化活性^[7-8]。早在上世纪九十年代，Goodgenough等人就首次将钙钛矿型氧化物应用到强酸性条件下的HER反应中并显示出了较高的催化活性^[7]。2014年Atta等人报道了LnFeO₃(Ln为La、Nd、Sm和Gd)钙钛矿型氧化物在弱酸性溶液（0.1 M H₂SO₄）中的HER活性^[9]。Xu等人在2016年报道了Pr_0.5BSCF钙钛矿型氧化物在碱性溶液中的HER活性，结果显示此催化剂具有较好的催化活性，且具有比商业化的Pt/C催化剂更优异的稳定性^[8]。镍储量丰富且价格低廉，因此，研究镍基钙钛矿型氧化物在电催化析氢中的应用具有很大的意义。

2. 水的电解及析氢反应

2.1 水的电解

水的电解是指水被直流电电解生成氧气和氢气的过程^[10]。碱性介质下电解水的示意图如下图所示。

图1 碱性介质下的电解水示意图

在阳极，OH^#8211;被氧化生成H₂O并析出O₂（式2-1），该反应称为析氧反应（OER）；在阴极，H₂O被还原生成OH^#8211;并析出H₂（式2-2），该反应称为析氢反应（HER）。电解水的总反应式如式2-3所示。