Small：V-Ni2P/Ni12P5异质界面调控助力碱性析氢

第一作者：赵婷雯

通讯作者：赵川*

单位：新南威尔士大学

氢能作为一种理想的清洁能源而备受关注，其中电催化水分解法制氢被被认为是最有潜力的技术之一。由于碱性介质中析氢反应（HER）动力学缓慢，开发低成本的过渡金属催化剂具有重要意义。异质结构催化剂可通过调整界面处电子结构，从而优化催化剂性能和稳定性。

基于此，新南威尔士大学赵川教授课题组在Small 上报道题为“Heterostructured V-Doped Ni₂P/Ni₁₂P₅ Electrocatalysts for Hydrogen Evolution in Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers”的研究工作。

该工作通过构建金属磷化镍异质结构（Ni₂P/Ni₁₂P₅）以及金属V掺杂的协同作用，有效调控磷化镍界面处电子结构，结合各种表征手段和理论计算，证实了活性位点由阴离子P到阳离子Ni-V的转换，并探究了V-Ni₂P/Ni₁₂P₅在碱性阴离子交换膜（Anion exchange membrane, AEM）电解水中的催化活性。

通过水热后磷化的两步法制备了V-Ni₂P/Ni₁₂P₅异质结构催化剂，其中第二步磷化反应的处理方式对于异质结的形成具有重要作用。XRD，HRTEM，XPS等表征说明NiV氢氧化物前驱体在磷化反应中转化为磷化镍异质结（Ni₂P/Ni₁₂P₅），其中金属V掺杂有利于进一步对磷化物异质结电子结构的调控，并且诱导电子向Ni位点转移。

图1. V-Ni₂P/Ni₁₂P₅异质结催化剂结构表征

要点二：

受益于丰富的活性位点和优化的反应动力学，V-Ni₂P/Ni₁₂P₅异质结催化剂在碱性介质中呈现出色的HER活性和稳定性。通过与NiFeCr 层状氢氧化物阳极材料结合，V-Ni₂P/Ni₁₂P₅作为阴极在AEM电解水中也呈现优异的电解水催化活性。

图2. V-Ni₂P/Ni₁₂P₅电极HER活性研究

图3. V-Ni₂P/Ni₁₂P₅电极在AEM电解水中活性研究

要点三：

理论计算表明V-Ni₂P/Ni₁₂P₅异质结的构建有利于提升电子导电性以及界面处的电子转移，并且诱导电子从P位点向Ni-V桥键的转移，从而使得Ni位点获得更多的电子。DFT计算表明，V掺杂和异质结的协同作用有利于V-Ni₂P/Ni₁₂P₅催化剂具有更小的水解离能垒和更优的吸附能。

图4. V-Ni₂P/Ni₁₂P₅ 模型的HER动力学研究

Heterostructured V-Doped Ni₂P/Ni₁₂P₅ Electrocatalysts for Hydrogen Evolution in Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers

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