济宁学院李继森组ACB:具有丰富界面的自支撑双金属磷化物用于高效电解水性能研究- 大数跨境

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济宁学院李继森组ACB:具有丰富界面的自支撑双金属磷化物用于高效电解水性能研究

科学材料站

2021-11-18

导读：本文首先以泡沫镍为基底采用水热法制备镍钌氢氧化物/泡沫镍复合物。

文章信息

推文作者： 李继森教授课题组

第一作者：Shuang Yang

通讯作者：李继森

通讯单位：济宁学院

论文 DOI：10.1016/j.apcatb.2021.120914

文章简介

开发廉价、高效电解水催化剂是催化领域的研究热点。本文以泡沫镍为基底采用水热法制备镍钌氢氧化物/泡沫镍复合物。经低温磷化制备双金属（NiRu）磷化物基电催化剂。进而，考察其析氧、析氢和全解水性能。

研究背景

为解决能源危机与环境污染问题，可再生新能源（尤其是氢能）的开发与利用受到国内外研究者广泛关注。电解水产氢是目前最有效的技术之一，在实现碳中和的过程中将起到重要作用。开发廉价、高效电解水催化剂受到研究者的广泛关注。

研究出发点

过渡金属磷化物由于具有高催化活性及电化学稳定性，被认为是未来替代铂基贵金属催化剂的理想材料之一。本文首先以泡沫镍为基底采用水热法制备镍钌氢氧化物/泡沫镍复合物。经低温磷化制备双金属（NiRu）磷化物基电催化剂。进而，考察其析氧、析氢和全解水性能。实验证明，所得材料具有优异的电催化性能，可与目前报道的性能优异的电催化剂相媲美。

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图文解析

图1. Ni₂P-Ru₂P/NF合成示意图

合成Ni₂P-Ru₂P/NF催化剂的示意图，如图1所示。本文以泡沫镍为基底采用水热法制备镍钌氢氧化物/泡沫镍复合物。进而，在氩气氛围350°C下热解，经低温磷化制备双金属（NiRu）磷化物。

图2. Ni₂P-Ru₂P/NF的结构表征图

图2为Ni₂P-Ru₂P/NF的SEM，TEM，HRTEM和mapping图。由该图可以看出，所得材料原位生长在基底泡沫镍上，具有丰富的异质界面。

图3. Ni2P-Ru2P/NF在碱性条件下的析氧性能图

在1.0 M KOH下测试OER活性。极化曲线表明Ni₂P-Ru₂P/NF具有优异的析氧性能。尤其是，在电流密度为10 mA cm^-2时，其过电位仅为160 mV。塔菲尔斜率为41.5 mV dec^-1优于商业二氧化铱催化剂。而且，该类催化剂呈现出优异的长期稳定性。

图4. Ni₂P-Ru₂P/NF在碱性条件下的析氢性能图

另外，该催化剂在1.0 M KOH溶液中也显示出优异的析氢性能和稳定性（图4）。

图5. Ni2P-Ru2P/NF在碱性条件下的全解水性能图

更为重要的是，将该材料同时用作全解水反应阴阳极，只需1.45 V电压来驱动全解水反应，该性能优于目前最好的IrO₂/NF || Pt/C/NF全解水体系，展现出优异的全解水性能。

总结与展望

1、得益于特殊的组成及独特的结构特征，所得Ni2P-Ru2P/NF复合材料展现出优异的电解水性能。该工作为新型双金属磷化物基催化剂的设计与构建提供新思路。

课题组介绍

李继森教授

2015年博士毕业于南京师范大学化学与材料科学学院，师从南京师范大学化学与材料科学学院兰亚乾教授和戴志晖教授，随后在山东师范大学化学化工与材料科学学院唐波教授课题组从事博士后研究工作。现为济宁学院化学与化工系教授。一直从事与能源相关的纳米新材料的设计与合成。以第一作者/通讯作者身份在Nat. Commun., JMCA, ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun.等学术刊物上发表24篇研究论文，被引用1800余次。