云南大学ACS Nano：Fe2P-Co2P异质结构立大功，助力构建高效耐用阴离子交换膜水电解槽

电化学水分解制高纯氢气被认为是缓解能源危机和环境污染问题最有前景的策略。其中，阴离子交换膜水电解槽(AEMWEs)是生产高纯氢气的前沿技术。Pt基材料通常被认为是水电解反应中析氢反应(HER)的基准电催化剂，但其昂贵的价格和稀缺性限制了它们的大规模应用。尽管人们开发了多种非贵金属催化剂，但它们的活性和耐久性(特别是在安培级电流密度的情况下)仍不够理想。因此，开发高活性、高稳定性的非Pt碱性HER催化剂以满足工业AEM在安培电流下具有低过电位和长期使用寿命的需要，是推进AEM电解槽实际应用的关键。

近日，云南大学胡广志课题组通过配体交换调控策略合成了锚定在N和P双掺杂碳多孔纳米片上的超细Fe₂P和Co₂P纳米颗粒(Fe₂P-Co₂P/NPC)。理论计算表明，与Fe₂P/NPC和Co₂P/NPC中电子分别在Fe和Co位点富集不同，Fe₂P-Co₂P/NPC中的电子从Fe和Co原子流向P原子，使得电子在P位点重新分配和富集。

这表明Fe₂P-Co₂P/NPC在快速配体交换反应后有效地优化了Fe和Ni原子的电子状态，显著提高了其催化活性。同时，电子从Fe和Co向P的逆向流动激活了Fe₂P-Co₂P/NPC异质结中界面Co-P-Fe桥联活性位点，优化了氢中间体的吸附和脱附，从而产生更有利的HER动力学。

因此，所制备的Fe₂P-Co₂P/NPC催化剂在碱性条件下分别仅需38、147和175 mV的过电位就能达到10、500和1000 mA cm⁻²的电流密度；同时，该催化剂在100 mA cm⁻²电流密度下连续运行200小时而没有发生明显的活性下降，且反应后材料的结构和形貌保持良好，表明其具有优异的稳定性。

更重要的是，利用Fe₂P-Co₂P/NPC作为阴极组装的阴离子交换膜(AEM)水电解槽(Fe₂P-Co₂P/NPC||NiFe (OH)_x-Ni₃S₂)，仅需1.73 V的电池电压就能产生1000 mA cm⁻²的电流密度，并且该电解槽在1000 mA cm⁻²电流密度下连续运行1000小时而没有发生活性衰减，表现出巨大的实际应用潜力。

简而言之，该项工作为开发高活性、高稳定性的非贵金属催化剂用于工业规模的清洁能源生产提供了一种高效可行的策略。

MOF-on-MOF-derived ultrafine Fe₂P-Co₂P heterostructures for high-efficiency and durable anion exchange membrane water electrolyzers. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c09020

原创文章，作者：wdl，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/12/19/9bea29135c/

云南大学ACS Nano：Fe2P-Co2P异质结构立大功，助力构建高效耐用阴离子交换膜水电解槽

相关推荐