李光琴教授团队，Small：稳定安倍级电解海水1170h，铁掺杂有妙用！

第一作者：龙艳菊，江萍萍

通讯作者：李光琴*，廖培森*

单位：中山大学

绿氢的高效利用可以满足人类社会可持续发展的需要，而电催化水分解被视为生产绿氢的有效方法。海水相对于淡水储量惊人，有望成为未来大规模电解制氢的水源。然而，由于海水的复杂性和腐蚀性，海水电解具有重大挑战。目前，通过电解水生产氢气的成本较高，与传统制氢技术相比，市场竞争力尚显不足。因此，迫切需要开发高效、稳定、廉价的电催化剂降低电解水制氢成本，加速其市场化发展。

近日，来自中山大学的李光琴教授团队，在国际知名期刊Small上发表题为“Electronic Structure Regulation by Fe doped Ni-Phosphides for Long-term Overall Water Splitting at Large Current Density”的文章。他们通过配位聚合物衍生，获得了高密度分散Fe掺杂Ni₅P₄材料（Fe-Ni₅P₄），实验结合理论计算表明Fe掺杂对Ni₅P₄的电子调控降低了电解水过程的活化能，并有效抑制了海水中氯离子腐蚀，因而在碱性水溶液和碱性海水中表现出优异全解水性能。

采用外延生长的方法，在氢氧化镍上构建了Ni Fc金属-有机骨架（MOF），并衍生为磷化物（Fe-Ni₅P₄）。MOF在磷化过程中的分解使合成的Fe-Ni₅P₄呈层状、蓬松的多孔结构，有利于电解液的渗透，暴露更多的活性位点。X射线衍射测试中仅出现Ni₅P₄物相，透射电子显微镜清晰观察到Ni₅P₄对应的晶格条纹，X射线能谱元素像分析表明Fe元素高度分散在材料骨架中，说明Fe可能掺杂到了Ni₅P₄中。

通过理论计算进一步探讨Fe掺杂对催化性能提高的原因，对比Ni₅P₄和Fe-Ni₅P₄，结果表明掺杂铁之后，Fe-Ni₅P₄对HER的中间体(H2O*， H*)的吸附能得到了优化，同时可以降低OER中的偶联反应(O*→OOH*)和解吸反应(OOH*→O2*)的反应能垒。XPS和XAFS表征显示作为阳极的Fe-Ni₅P₄在电解中会发生重构转变为Fe-NiOOH，鉴于此，对Fe-NiOOH也进行了理论分析，结果表明Fe-NiOOH也具有很好的活性，因而能长时间保持优异的电解性能。本研究通过配位化学策略为设计非贵金属基电催化剂实现大电流密度高效稳定全解水提供了重要参考价值。

Electronic Structure Regulation by Fe doped Ni-Phosphides for Long-term Overall Water Splitting at Large Current Density

李光琴 教授，中山大学化学学院 博士生导师，国家高层次青年人才、广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队带头人，中山大学“百人计划”二期引进人才，曾任日本京都大学特聘研究员、JSPS研究员；2016年3月加入中山大学化学学院。曾获日本学术振兴会JSPS育志奖、中山大学芙兰奖教金、优秀研究生导师奖、物理化学学科奖等。长期从事多孔配位材料及能源催化转化性能研究，包括电解水制氢、储氢、用氢等，尤其是氮氧化物（NOx）电催化转化合成氨基酸、肟等含氮有机小分子方面的研究。在 Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 、Nat. Commun.、Adv. Mater.等国际期刊发表论文50多篇，申请发明专利10余件。任Energy & Environmental Materials (EEM)编委、Inorganic Chemistry Frontiers (ICF)、Chinese Chemical Letters (CCL) 等期刊青年编委；任中国留日同学会理事、科技部和教育部英才计划导师、广东省科协第九次代表大会代表、中国可再生能源协会青年委员、中国颗粒学会功能材料与界面科学专业委员等。

廖培森 博士，中山大学化学学院博士后，主要从事新型多孔纳米材料的开发及其在绿色能源制氢和选择性加氢催化反应应用研究。目前在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.（5）、Inorg. Chem. Front. 、Sci. China-Chem.、Small等期刊以第一作者或通讯作者（含共同）发表论文15篇, 申请发明专利2项。