Small Methods: 等离子辅助法高效制备过渡金属磷化物及其能量转换与储存应用

smtd201700111-gra-0001-m绿色能源是人类社会赖以生存和可持续发展的基石。绿色一次清洁能源如太阳能、风能、潮汐能等须转化为电能等二次能源进行后续利用,因此发展高效的能量转化和存储装置是各国竞相研究的热点。其中燃料电池和化学电池是两种主要的绿色能量转化和存储器件。典型的氢氧燃料电池可通过催化氢气和氧气进行电化学反应产生电力,同时实现零污染排放。虽然目前采用的铂及铂基合金催化电极具有优异的催化特性,但其昂贵的价格和稀缺性阻碍了大规模发展应用。因此,发展高丰度、高性价比的替代性催化剂势在必行。另一方面,高效可充放电的二次电池(如锂电、钠电、钾电、镁电、碱性二次电池等)和超级电容器的研究正处于方兴未艾。虽然取得了巨大的成功,然而它们的后续发展不断受到挑战,其发展瓶颈主要是电极材料。鉴于上述,设计构建新型电极材料对下一代高性能二次电池和电容器的发展至关重要。

过渡金属磷化物(TMPs)由于其优良的物化性质、低廉的价格以及化学稳定性而受到人们广泛的研究。自20世纪60年代以来,越来越的科研工作者开始研究过渡金属磷化物作为能量储存和转换的电极材料。然而,目前大多数过渡金属磷化物的制备方法过程较为复杂,且能耗大,污染严重,并不适于大规模的生产与利用。因此,研究与发展高效制备过渡金属磷化物的方法是是储能以及能量转换领域的一个重要研究方向。

沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Alshareef教授课题的Hanfeng Liang组结合他们自身的研究工作,对近年来等离子辅助法高效制备过渡金属磷化物及其能量转换与储存应用的最新进展进行了简要综述。该文章旨在为该领域的研究人员整理介绍近年来关于磷化氢(PH3)等离子辅助法高效制备过渡金属磷化物阵列(如NiFeP, Cu3P, NiCoP)。此外,文章分别详细介绍了三种基于PH3等离子辅助法制备的过渡金属磷化物阵列在电催化领域(如NiFeP用于氧气析出反应OE)和储能领域(Cu3P用于钠离子电池和NiCoP用于非对称超级电容器)的应用。作者详细介绍了每一种材料的制备方法,并详尽阐述了每一种材料应用的优缺点。总的来说,基于磷化氢(PH3)等离子辅助法具有较高的制备效率,同时相应材料具有良好的电化学活性,主要归因于大的活性面积、高孔隙率等优点。然而磷化氢(PH3) 属于非常规使用气体,毒性较高,其等离子设备对安全性、气密性以及尾气处理要求较高。最后,作者对现有过渡金属磷化物所存在的瓶颈以及新型过渡金属磷化物的发展前景阐述了自己的观点。尤其是机理性的生长研究和原位生长探索都是将来的研究方向。

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