华中科大王得丽课题组Small: 碳包覆双金属磷化物自支撑催化剂用于全水电解

第一作者：李敬雯

通讯作者：王得丽*

单位：华中科技大学

氢能因具有高能量密度和零碳排放的优势，被认为是可以替代化石燃料的清洁能源。相较于其他的制氢方式，电解水制氢具有产品纯度高、生产灵活、无污染等优点。电解水反应可以分为阳极的析氧反应（OER）和阴极的析氢反应（HER）两个半反应。目前电解水技术受限于高成本和OER的缓慢动力学。

因此，开发高效低成本的电解水制氢技术是实现清洁制氢的关键。采用低品质水，如海水、盐水等，可以降低电解水的原料成本。然而海水中高浓度的氯离子对电极有腐蚀作用，容易使其失活。因此，开发具有高活性和高稳定性的双功能催化剂并将其应用于海水电解显得尤为重要。

基于此，华中科技大学的王得丽教授课题组在国际知名期刊Small上发表题为“Bimetallic Phosphide Heterostructure Coupled with Ultrathin Carbon Layer Boosting Overall Alkaline Water and Seawater Splitting”的研究文章。该工作通过简单的两步法制备出具有碳包覆双金属磷化物结构的自支撑双功能催化剂（C@CoP-FeP/FF），该催化剂在碱性电解液和模拟海水电解液中均表现出了优异的OER、HER活性和稳定性。

该工作通过简单的两步法制备了具有碳包覆双金属磷化物结构的自支撑双功能催化剂（C@CoP-FeP/FF）。通过形貌表征可以看出多孔的纳米花直接生长在具有三维结构的泡沫铁上，其中碳层和双金属磷化物之间构建的异质界面有利于电子转移，这是导致高催化活性的重要原因之一。

图1. C@CoP-FeP/FF催化剂的制备过程示意图及形貌表征。

图2. C@CoP-FeP/FF催化剂的形貌表征。

图3. C@CoP-FeP/FF催化剂的结构表征。

要点二：优异的OER、HER活性和优越的稳定性

电化学测试表明，C@CoP-FeP/FF在1 M KOH中具有优异的催化活性和稳定性，C@CoP-FeP/FF在100 mA cm^-2下OER和HER的过电位分别为297 mV和154 mV。此外，该催化剂在模拟海水电解液中同样表现出了优异的催化活性和稳定性。该工作为电解水制氢技术的实际应用提供了帮助。

图4. C@CoP-FeP/FF催化剂在1 M KOH中的电化学性能表征。

图5. C@CoP-FeP/FF催化剂在模拟海水中的电化学性能表征。

要点三：全水解性能优异

鉴于C@CoP-FeP/FF优异的HER和OER催化活性，该工作将C@CoP-FeP/FF同时作为全水解电解槽的阴极和阳极。全水解性能测试发现C@CoP-FeP/FF || C@CoP-FeP/FF电解槽只需要1.73 V的电压就能在模拟海水电解液中实现100 mA cm^-2的电流密度。与此同时，还表现出了优异的电化学稳定性。

图6. 全水解性能测试。

Bimetallic Phosphide Heterostructure Coupled with Ultrathin Carbon Layer Boosting Overall Alkaline Water and Seawater Splitting

王得丽，华中科技大学教授/博士生导师，入选中组部“海外高层次人才计划”、教育部“新世纪优秀人才支持计划”, 湖北省“化学化工青年创新奖”、中国表面工程协会“中表镀-安美特青年教师奖”。主要研究领域为新型电化学能源与环境材料的设计以及性能优化。

在Nat. Mater.、Nat. Commun.、JACS、Angew等期刊上发表SCI论文100余篇，获授权美国发明专利2项、中国发明专利10项。主持国家自然科学基金、湖北省科技晨光计划等项目。担任《J. Chem. Phys.》副主编，《电化学》、《中国化学快报》、《储能科学与技术》、《Nano Materials Science》、《Energy & Fules》、《J. Phys. Energy》杂志编委。

课题组网站：

Research ID: http://www.researcherid.com/rid/K-5029-2012

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