中國科大俞書宏等“水製氫”催化劑重要進展！

氫能作為（wéi）一種能量（liàng）高、潔淨的可（kě）再生能源受到廣（guǎng）泛關注。通過電化學水解（jiě）製備氫氣是當前研究熱點（diǎn）之一。近年來，全水解電極催（cuī）化劑的設計製備取得了矚目的（de）研究（jiū）成果（guǒ）。然而，尋找能在中性水電解質中同時展現高（gāo）活性、高穩定性的水氧化和還（hái）原非貴金屬電催化劑仍然是電解水製氫（qīng）研（yán）究（jiū）領域的（de）一大挑戰。

近日，中國科學技（jì）術大學俞書宏教授團隊和高敏銳教（jiāo）授課題組采用簡單的電化學沉積和固相磷化兩步反應，設計並成功製備了鎳摻雜的磷化鈷（gǔ）（Ni0.1Co0.9P）三元納米片電（diàn）催化劑。相比於純的Ni2P和CoP，摻雜後（hòu）的材料在中性條件下同時展現出（chū）優異的水還（hái）原和氧化電催化活性（xìng）和（hé）穩定性。實驗人員將這種三元材料作為中性水全分解電解池的陰極和陽極，發現其性能優（yōu）於以商業貴（guì）金（jīn）屬材料作為電極製（zhì）備的電（diàn）解池。

研究成果發表在《德國應用化學》雜誌上（Angew. Chem. Int. Ed），並被選為Hot Paper和內封底封麵。論文的（de）共同第一作者為中科大博（bó）士研究（jiū）生吳睿、西（xī）安交通大學（xué）肖冰教授（shòu）和中科大高強特任副研究員。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201808929

圖1. 該工作被選為（wéi）內後封麵論文（wén）

研究人（rén）員（yuán）製備的Ni0.1Co0.9P三元納（nà）米催化劑具（jù）有多孔結構，有利於電（diàn）化學反應中的傳質（zhì）過程。在中性電解液（yè）中，其水還原電流密度達到10 mA/cm2時（shí）所需電（diàn）勢為125 mV，而其水（shuǐ）氧化反應在電（diàn）流密度達（dá）到10 mA/cm2時所需電勢為1.79 V，展（zhǎn）現與商業Pt/C和Ir/C電催化相媲美的催化性能。機理研（yán）究表明，這種（zhǒng）新型Ni0.1Co0.9P三元納米片相比於純的CoP結構，Ni原子的摻雜導致其晶胞發生收縮，從而（ér）壓縮（suō）Co-P鍵的鍵長，引起局域Co氧（yǎng）化態的（de）升高。理論計算結果證（zhèng）實，這種Ni摻雜引起的電子態變化會降低催化劑在（zài）中性水氧化和還原反應過程中活性位點與中間產物（wù）的吸附自由能，賦予催化劑優異（yì）的催化性能（néng）。

圖2. (a-c) Ni0.1Co0.9P三元納米電催化劑的水氧化和水還（hái）原（yuán）催化活性及其器件性能評估

研究人員進一步將製備的Ni0.1Co0.9P三元納米催化劑作為雙電極構築了水全分解電解池。實驗結果顯示，在中性水電解質中（zhōng），該器件性能（néng）優於以商業Pt/C||Ir/C為電極（jí）材料構築的電解池，展現了工業級電解水製氫的潛能。這（zhè）項工作為發展廉價三（sān）元過渡金屬磷化物作為（wéi）電（diàn）極用以中性水電解製氫提供了新的研究思路，展現了（le）其潛在的商業應用前景。該項研究受到國家自然科學基金委創新研究（jiū）群體、國家自然（rán）科（kē）學基金重點（diǎn）基金、國家（jiā）重大科學研究計劃、中國科學院前沿科學重點研究項目、中國科學院納米科學卓越創新中心、蘇州納米（mǐ）科技協同創新中（zhōng）心、合肥（féi）大科學中心卓越用戶基（jī）金等資助。（來源：中國科學技術大學）