郭宇铮/娄永兵Nano Energy：功函数诱导面内异质结电子重排，增强全pH范围水和碱性海水HER

电催化水分解被认为是最简单、最有效和环境友善的制氢技术之一，它可以通过可再生电力来制备高纯度的氢气。同时，电化学电解海水制氢进一步促进了电催化水分解技术的发展。然而，析氢反应(HER)所需的高过电位使得电催化HER的实际应用受到了限制。

特别是海水作为电解质时，HER反应效率低，动力学缓慢，稳定性差。目前，铂基材料由于其优异的催化性能和在不同pH介质中的稳定性，被认为是最先进的通用pH淡水和碱性海水催化剂。然而，贵金属高昂的价格限制了其大规模应用。因此，设计和开发具有高效率和长期稳定性的pH通用催化剂具有重要意义。

近日，武汉大学郭宇铮和东南大学娄永兵等报道了一种原位阳离子交换策略，成功制备出碳布负载的自支撑面内FeP@CoP异质结(FeP@CoP/CC)。其中，通过调整阳离子交换时间和磷酸化温度，保持了的异质结构三维层状纳米片，并产生了丰富的面内异质界面。

实验结果表明，最优的FeP@CoP/CC异质结作为HER的pH通用电极，在0.5 M H₂SO₄，1.0 M KOH和1.0 M PBS (磷酸盐缓冲溶液，pH = 7)和碱性海水中，该催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位分别为40，33，66和37 mV。在纯水中，FeP@CoP/CC能够在10 mA cm⁻²电流密度下连续运行300小时；其在碱性海水在能够稳定运行100小时，表现出优异的稳定性，优于Pt电催化剂和大多数报道的pH通用非贵金属电催化剂。

实验结果和理论计算表明，自支撑结构的设计降低了系统的内阻，三维纳米网络结构增加了电化学活性面积，暴露出更多的活性位点，从而促进了电子/物质传递。同时，功函数平衡了FeP和CoP的电子态，加速了平面内电子的流动。此外，界面偶联改变了电子结构，有效地加速了反应动力学，优化了水的吸附/解离和ΔG_H*，导致在宽pH介质中HER活性增强。

原位拉曼光谱表明，碱性高分子材料在催化剂表面吸附水的过程为氢向下构象，催化剂部分重构为Co(OH)₂，这有利于缩短活性中心(M)与氢之间的距离，提高M-H结合能，促进OH⁻的吸附，从而优化界面水分子的解离过程。

Work-function-induced Electron Rearrangement of In-plane FeP@CoP Heterojunction Enhances All pH Range and Alkaline Seawater Hydrogen Evolution Reaction. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108601

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郭宇铮/娄永兵Nano Energy：功函数诱导面内异质结电子重排，增强全pH范围水和碱性海水HER

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