氢能作为一种高热值的可再生清洁能源，被认为是替代传统化石燃料的最理想的能源之一。其中，电化学水分解是最有前景的制氢技术。目前，工业电催化制氢仍以高纯水为原料，而淡水资源的稀缺和净化工艺的高成本限制了电化学水分解技术的商业化应用。由于世界上97%的水资源都存在于海洋中，电催化海水分解被认为是其他制氢方法的合适替代品。
然而，由于海水化学成分复杂，大量溶解的离子盐(尤其是氯离子)，容易使催化剂中毒，降低海水分解的耐久性。此外，在海水分解过程中，随着盐浓度的增加，催化剂的催化活性降低得更明显。因此，开发高效、稳定、耐盐、耐腐蚀的电催化剂是推进海水电解工业应用的关键。
近日，西北工业大学贺亦柏、史俊清和中国科学院赣江创新研究院黄小磊等通过一种简单的制备策略设计并构建了一种高效的无粘结剂CoP/rGO@Ti (CoPGT)海水分解电极电催化剂。
具体而言，研究人员首先通过分子动力学模拟预测分子和离子在CoP催化剂表面的分布情况。在催化剂上施加偏压时，盐离子被排出到水层外，而水分子优先吸附在CoP催化剂表面的几个原子区域，形成一个薄水层；由于这种行为减少了催化剂表面离子的竞争，CoP催化剂在海水分解过程中对电解质中盐的积累具有明显的抗性，从而获得了良好的电催化性能。
值得注意的是，作为对比样的Co3O4催化剂表面的各种离子是随机分布的，没有形成明显的水层，大量的离子吸附在催化剂表面，与表面的水分子竞争活性中心，阻碍了电解水反应的进行。
电化学性能测试结果显示，所制备的CoPGT催化剂具有良好的结构稳定性和较高的催化活性，在电流密度为10 mA cm−2时，过电位仅为103 mV，并在碱性介质中具有稳定的长期性能；即使在电流密度高达200 mA cm−2时，该催化剂的过电位低至210 mV，远低于20% Pt/C催化剂(300 mV)。
更重要的是，由于CoP对Cl−具有有效的排斥作用，随着盐浓度的增加，CoPGT仍能保持良好的催化性能和稳定性(在10 mA cm−2电流密度下，Cl−浓度从0 M到饱和，过电位增加<28 mV)；此外，与20% Pt/C催化剂(溶解度为2.37%)相比，CoPGT催化剂在海水分解过程中的溶解度仅为0.04%，表现出更好的耐腐蚀性能，这与模拟结果一致。
Corrosion-resistant cobalt phosphide electrocatalysts for salinity tolerance hydrogen evolution. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-43459-w
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