香港城大|何颂贤教授（Johnny C. Ho），Small研究：边缘定向构建二维环-盘过渡金属磷化物用于高效水分解- 大数跨境

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香港城大|何颂贤教授（Johnny C. Ho），Small研究：边缘定向构建二维环-盘过渡金属磷化物用于高效水分解

科学材料站

2021-01-29

导读：该研究通过边缘定向可控合成构建了具有二维环-盘异质结构的过渡金属磷化物（NiFeP/NC@Ni2P）。该材料具有优异的电催化产氧性能以及太阳能驱动电催化全解水性能。

文章信息

边缘定向构建二维环-盘过渡金属磷化物用于高效水分解

第一作者：全泉

通讯作者：何颂贤（Johnny C. Ho）*

通讯单位：香港城市大学

研究背景

电催化分解水是目前最具前景的绿色可持续的能源转换技术之一，其中析氧反应又是达成高效电催化解水反应的决速反应。过渡金属磷化物具有较高的成本效益而成为理想的产氧催化剂。其中，二维过渡金属磷化物由于超高的比表面积且具有优异的产氧性能而获得广泛关注。

尽管二维结构的磷化物材料具有很大潜力，目前仍然存在诸多巨大挑战。例如，在磷化过程中由于磷原子的取代引起的晶格应力释放导致其二维前驱体极易团聚及烧结，从而破坏原有的二维结构。

同时，二维材料在范德华力的作用下在催化反应中自身易堆叠团聚，也严重制约了其电催化性能。通过边缘定向构建二维环-盘结构的过渡金属磷化物有望成为同时解决这些问题的有效策略。

文章简介

近日，来自香港城市大学的何颂贤（Johnny C. Ho）教授，在国际知名期刊Small上发表题为”Self-Anti-Stacking 2D Metal Phosphide Loop-Sheet Heterostructures by Edge-Topological Regulation for Highly Efficient Water Oxidation”的研究论文。

该研究通过边缘定向可控合成构建了具有二维环-盘异质结构的过渡金属磷化物（NiFeP/NC@Ni2P）。该二维环-盘结构体系能形成更多传质通道以及暴露更多活性位点，同时解决了传统二维纳米材料因自堆叠导致活性降低的问题。因此，该材料具有优异的电催化产氧性能以及太阳能驱动电催化全解水性能。

本文要点

要点一：边缘定向构建二维环-盘异质结构（NiFeP/NC@Ni2P）

图1. 材料合成示意图及Ni-Fe PBA/Ni(OH)2的结构表征。

图2. NiFeP/NC@Ni2P的结构表征。

图3. XPS及同步辐射表征。

通过可控的边缘定向选择合成，沿超薄Ni(OH)2纳米片的边缘生长Ni-Fe PBA纳米立方体组建成环状（Ni-Fe PBA/Ni(OH)2），这些纳米立方环在磷化反应中可形成限域效应，有利于二维结构Ni2P的形成与维持。同时，磷化后产生的NiFeP/NC环可与Ni2P片界面间形成有效电子传输从而促进产氧反应的进行。

要点二：优异的电催化产氧性能

图4. 碱性电催化产氧性能及稳定性。

该NiFeP/NC@Ni2P过渡金属磷化物具有优异的产氧性能和稳定性，其在20 mA cm−2时的过电位为223 mV, Tafel斜率为46.1 mV dec−1。

基于结构表征以及电催化测试等结果，优异的产氧性能可归因于该环-盘结构能够克服传统二维材料的自堆叠问题，形成开放的通道，有利于传质以及活性位点的暴露。

要点三：太阳能驱动电催化全解水

图5. 全解水装置和性能以及太阳能驱动全解水装置。

NiFeP/NC@Ni2P可作为双功能电催化剂进行全解水，其性能与贵金属催化剂对（Pt/C||RuO2）相当。同时，NiFeP/NC@Ni2P还能作为双功能电催化剂应用于高效太阳能驱动全解水。

文章链接

Self-Anti-Stacking 2D Metal Phosphide Loop-Sheet Heterostructures by Edge-Topological Regulation for Highly Efficient Water Oxidation

https://doi.org/10.1002/smll.202006860

通讯作者介绍

何颂贤（Johnny C. Ho）香港城市大学材料工程与科学系副系主任及教授

何颂贤教授于加州大学伯克利分校获得理学学士学位，硕士学位和博士学位。2010年加入香港城市大学，现任香港城市大学材料工程与科学系副系主任及教授。致力于探索纳米材料、纳米制造、纳米器件用于新一代能源存储与转化领域。在Nat. Mater., Nat. Commun.，Sci. Adv.，PNAS, Adv. Mater., ACS Nano, Nano Lett. 等期刊发表SCI论文180余篇，专著7章，论文总被引用11000余次，H因子为52。

课题组介绍

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