在《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)》中“發(fā)展壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”一章提出了“強(qiáng)化氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域,組織實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃”的發(fā)展規(guī)劃。在各種制氫技術(shù)中,電解水制氫具有資源豐富,產(chǎn)氫純度高等優(yōu)點(diǎn),是最有希望成為大規(guī)模應(yīng)用的氫能技術(shù)。在眾多非貴金屬催化劑中,鎳基催化劑具有較好的電催化性能、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛研究。當(dāng)前工業(yè)化鎳基電解水電極由于傳質(zhì)慢、產(chǎn)氫效率低等因素,導(dǎo)致工作電流密度難以提升。多級(jí)結(jié)構(gòu)能夠?yàn)殡姌O材料提供更多的活性位點(diǎn),有助于提高電極材料的工作電流密度。

為提高電解水電極析氫反應(yīng)（HER）的催化活性,以泡沫鎳作為基底,在磁場(chǎng)作用下垂直生長(zhǎng)糖葫蘆狀Ni納米線陣列（Ni NWs/NF）,用電化學(xué)沉積在納米線表面沉積Ni納米球,制得鎳三維分級(jí)結(jié)構(gòu)電極（Ni/Ni NWs/NF）。與商業(yè)化電極相比,三維分級(jí)結(jié)構(gòu)電極能夠暴露出更多的活性位點(diǎn),且同質(zhì)之間晶格匹配增強(qiáng)其性能、延長(zhǎng)其壽命。Ni/Ni NWs/NF電極在10mAcm-2的電流密度下僅為52mV的過(guò)電位。

為了簡(jiǎn)化操作、提高HER電極的穩(wěn)定性,一種大電流密度下的一體化電極,即利用海水電刻蝕預(yù)處理鎳網(wǎng),然后原位生長(zhǎng)鎳納米線陣列。該一體化電極在工業(yè)要求的2-2.1V的工作電壓下能實(shí)現(xiàn)～800mAcm-2的電流密度,且在500 mAcm-2的電流密度下工作100h沒(méi)有衰減。為了進(jìn)一步提高HER電極的導(dǎo)電性和催化活性，將銅網(wǎng)作為集流體,在光滑銅網(wǎng)上電化學(xué)沉積Ni層使其表面粗糙化,并獲得較高活性的Ni/Cu異質(zhì)界面,利用磁效應(yīng)生長(zhǎng)具有高比表面積的Ni納米線陣列分級(jí)結(jié)構(gòu)。