华中科技大学王得丽课题组Nano Research: 自支撑双金属异质磷化物用于盐水电解

第一作者：李敬雯，宋敏

通讯作者：张建*，王得丽*

单位：华中科技大学

随着环境问题的日益严重，开发新一代清洁能源迫在眉睫。氢能作为一种高效、可持续的清洁能源得到了广泛关注。相较于传统的化工原料制氢和水煤气制氢，电解水制氢具有产品纯度高、无污染等优点。然而，电解水制氢成本较高，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。然而盐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非贵金属催化剂并将其应用于盐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Nano Research上发表题为“A self-supported heterogeneous bimetallic phosphide array electrode enables efficient hydrogen evolution from saline water splitting”的研究文章。该工作通过先原位生长随后磷化的方式制备出具有异质结构的自支撑双金属磷化物析氢催化剂（Ni₂P-FeP/FF），该催化剂在碱性盐水中表现出优异的析氢活性和稳定性。

该工作通过简单的两步法制备了具有异质结构的自支撑双金属磷化物催化剂（Ni₂P-FeP/FF）。通过形貌表征可以看出Ni₂P-FeP纳米片均匀地覆盖在泡沫铁的表面，其中Ni₂P和FeP之间所构建的异质界面有利于电子转移，这是导致高活性HER性能的重要原因之一。

图1. Ni₂P-FeP/FF催化剂的制备过程示意图及形貌表征。

图2. Ni₂P-FeP/FF催化剂的形貌表征。

图3. Ni₂P-FeP/FF催化剂的结构表征。

要点二：优异的HER活性和优越的稳定性

电化学测试表明，Ni₂P-FeP/FF仅需要89 mV的过电势，即可在盐水（1 M KOH+0.5 M NaCl）中达到10 mA cm^-2的电流密度，并且能够在200 mA cm^-2的电流密度下稳定工作90 h，该工作为电解水制氢技术的实际应用提供了帮助。

图4. Ni₂P-FeP/FF催化剂的电化学性能表征。

要点三：全水解性能优异

鉴于Ni₂P-FeP/FF和NiFe-LDH/FF的优异HER和OER催化活性，该工作将Ni₂P-FeP/FF和NiFe-LDH/FF分别作为全水解电解槽的阴极和阳极。全水解性能测试发现Ni₂P-FeP/FF(-)||NiFe-LDH/FF(+)电解槽只需要1.68 V电压就能提供100 mA cm^-2电流密度。

图5. 全水解性能测试。

A self-supported heterogeneous bimetallic phosphide array electrode enables efficient hydrogen evolution from saline water splitting

王得丽，华中科技大学教授，博士生导师。2008年博士毕业于武汉大学，师从庄林教授，博士毕业后先后在新加坡南洋理工大学和美国康奈尔大学从事博士后研究。2013年初入职华中科技大学，获中组部海外高层次人才计划、教育部“新世纪优秀人才计划”、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”。

主要研究方向为新型电化学能源与环境材料的设计以及性能优化。迄今为止，在国内外知名学术期刊上发表论文100余篇，获授权中国发明专利9项，美国授权发明专利2项。担任《中国化学快报》青年编委，《储能科学与技术》、《电化学》、《Nano Materials Science》、《Energy & Fuels》、《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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