青岛科技大学王磊/迟京起，最新AEM！

第一作者：Lili Guo

通讯作者：迟京起，王磊

通讯单位：青岛科技大学

论文速览

设计性能优异的双功能电催化剂对海水分解析氢反应和析氧反应至关重要。

本研究成功设计了一种具有优异性能的双功能电催化剂，用于海水分裂中的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）。通过磷缺陷（P_v）工程处理的NiCoP（NiCoP_v@NF）展现出在碱性海水溶液中对HER/OER的卓越催化活性和稳定性。磷缺陷降低了表面电氧化重构能垒，促进了晶体向活性氧化物/氢氧化物的局部转化。

此外，NiCoP_v中的Ni位点和NiCoOOH中的Co位点分别是HER和OER过程的活性位点。在海水电解过程中，原位生成并吸附在催化剂表面的PO₄³⁻通过空间排斥作用防止了Cl^–的腐蚀。使用NiCoP_v@NF对的海水阴离子交换膜（AEM）电解槽在高活性（500 mA cm^-2时为2.43 V）和长期耐久性（110小时500 mA cm^-2）方面表现出色。在1.0 M KOH中的AEM电解槽工作效率高达77.0%（100 mA cm^-2），每千克绿色氢气（GGE H₂）的成本低至0.87美元。

图文导读

图1：NiCoP和NiCoP_v的总态密度（DOS），NiCoP_v的差分电荷密度，以及NiCoP_v@NF的SEM、TEM、HRTEM和SAED图像。

图2：NiCoP@NF和NiCoP_v@NF的XRD图谱，P缺陷形成机制的示意图。

图3：在1.0 M KOH中制备的催化剂的HER和OER极化曲线。

图4：NiCoP_v@NF和NiCoP@NF在不同工作电位下的Bode相位图，NiCoP_v@NF和NiCoP@NF在不同工作电位下的原位拉曼光谱测量。

图5：NiCoP_v@NF在不同测试环境中的海水全分解性能，NiCoP_v@NF海水全分解的计时电流曲线，收集的气体产物（H₂和O₂）与理论值的比较，AEM电解槽的示意图。

总结展望

本研究在DFT预分析的指导下，制备了具有P缺陷的NiCoP（NiCoP_v@NF），在碱性海水溶液中对HER和OER展现出优异的催化动力学、活性和稳定性。NiCoP_v@NF在两电极系统中展现出较低的电压需求和高稳定性。

此外，使用NiCoP_v@NF的海水AEM电解槽在工业条件下实现了高活性（500 mA cm^-2时为2.43 V）和长寿命（110小时500 mA cm^-2）的性能。通过Operando EIS、原位拉曼分析和DFT计算的进一步研究表明，P_v显著降低了NiCoP_v@NF表面的电氧化重构能垒，从而有效地促进了晶体在OER过程中向活性氧化物/氢氧化物的局部转化。

此外，碱性海水电解过程中，NiCoP_v中的Ni位点和由相变形成的NiCoOOH中的Co位点分别是HER和OER过程的活性位点，而生成并吸附在催化剂表面的PO₄³⁻通过静电吸引和空间排斥的协同效应防止了海水电解中的Cl^–腐蚀，从而保护电极免受腐蚀。本研究为富含空位的金属磷化物中HER和OER的机制提供了深入的探索，并为具有优异催化性能和长期耐久性的催化剂的工业设计提供了前景。

文献信息

标题：Phosphorus Defect Mediated Electron Redistribution to Boost Anion Exchange Membrane-Based Alkaline Seawater Electrolysis

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400975

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