赵川教授AFM：加点“钒”实现高效碱性析氧反应- 大数跨境

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赵川教授AFM：加点“钒”实现高效碱性析氧反应

科学材料站

2021-04-22

导读：该工作利用预催化剂（金属磷化物）在电氧化条件下的原位表面重构现象，设计了V掺杂的Ni羟基氧化物作为OER催化剂，利用少量的V取代一部分Ni以增强催化剂本征活性

文章信息

电化学原位重构V-Ni2P催化剂实现高效稳定的析氧反应

第一作者：赵婷雯，沈祥建

通讯作者：赵川*

单位：新南威尔士大学

研究背景

氢能作为一种理想的清洁能源而备受关注。利用可再生能源开发大规模、廉价、高效清洁的制氢技术是实现氢能有效利用的关键，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。

电解水包括两个半反应，分别是阳极析氧反应（OER）和阴极析氢反应（HER）。目前，该技术最主要的瓶颈是如何大幅降低其电能消耗，减少贵金属催化剂的使用，从而降低制氢成本。因此，开发低成本、高催化活性和稳定性的非贵金属催化剂成为该领域的研究热点。

文章简介

基于此，新南威尔士大学赵川教授课题组在Advanced Functional Materials 上报道题为“In Situ Reconstruction of V‐Doped Ni2P Pre‐Catalysts with Tunable Electronic Structures for Water Oxidation”的研究工作。

该工作利用预催化剂（金属磷化物）在电氧化条件下的原位表面重构现象，设计了V掺杂的Ni羟基氧化物作为OER催化剂，利用少量的V取代一部分Ni以增强催化剂本征活性，从而实现高效水分解的阳极析氧反应，并通过各种表征手段和理论计算证实了V掺杂促进催化活性提升的原因。

本文要点

要点一：金属磷化物作为预催化剂在OER条件下原位表面重构，形成金属羟基氧化物作为活性物质，V的掺杂可以有效调控Ni羟基氧化物的电子结构。

同时，掺杂的V在电氧化过程中会部分溶出，从而显著增加活性位点。原位重构的催化剂具有高导电性、低结晶度、多孔等特点，促进了电解液与催化剂的高效反应。

要点二：X射线吸收光谱（XAS）和拉曼光谱研究表明高价金属V的掺杂可以有效提高Ni羟基氧化物材料的亲电性，V可以通过桥接的O将电子转移至Ni位点。V的掺杂有助于金属磷化物在原位重构过程中生成更多β-NiOOH中间相，使Ni金属处于低价态，从而提升Ni位点的本征催化活性。

要点三：原位阻抗谱（operando EIS）和密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，催化剂表面的V位点与Ni位点的协同效应可有效提高OER的反应速率，同时降低中间产物形成的反应能垒。

文章链接

In Situ Reconstruction of V‐Doped Ni2P Pre‐Catalysts with Tunable Electronic Structures for Water Oxidation

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100614

通讯作者介绍

赵川教授。

澳大利亚新南威尔士大学（The University of New South Wales，UNSW）化学院终身教授，皇家澳大利亚电化学会主席，澳大利亚研究委员会Future Fellow，英国皇家化学会会士（FRSC），澳洲皇家化学会会士（FRACI），皇家新南威尔士会会士（FRSN）。2002年，西北大学博士毕业，2002－2006年在德国奥尔登堡大学（Carl von Ossietzky Universität Oldenburg）化学系从事博士后研究工作，2006－2010年澳大利亚蒙纳士大学（Monash University）化学院ARC绿色化学中心任高级研究员。

赵川教授的研究兴趣包括电化学和纳米技术及其在清洁能源中的应用。近年来发表高水平SCI论文二百余篇，包括多篇热点论文和高引用频率排行论文。其科研成果多次被包括新华社在内的国际主流新闻媒体报道，获国际发明专利10项、澳大利亚发明专利5项，多项成果商业化，其制氢项目2016年入选中国科技部首个海外高科技火炬创新园。