Small:水诱导制备具有优异碱性电催化析氢性能的磷化镍异质结界面

氢气是一种较为理想的清洁能源,具有高能量密度和燃烧产物无污染等特点。电解水是一种经济高效的产氢方法,制约其发展的重要因素之一是缺乏高效稳定的催化剂。因此,迫切需要研发出成本低廉、合成简便、稳定高效的催化剂。近年来,包括过渡金属硫化物、硒化物、硼化物、磷化物等多种材料已经被用于电催化析氢。其中,磷化镍的碱性催化析氢性能受到了广泛的关注,但是单一相的磷化镍对氢原子的吸附太强,使其催化活性有待进一步提高。

针对上述问题,陕西师范大学材料科学与工程学院江瑞斌教授课题组采用界面调控的策略构建了Ni2P-Ni12P5界面,提高了磷化镍纳米催化剂在碱性环境中的析氢活性和稳定性。相关研究结果发表于Small (DOI: 10.1002/smll.202006770)。

本研究工作以泡沫镍为镍源、以一水合次亚磷酸钠为磷源,在惰性氛围下采用低温磷化的方法合成了磷化镍纳米片,且发现水的引入能够促使Ni2P和Ni12P5界面的形成。电化学析氢性能测试结果表明该催化剂在电流密度为10和100 mA cm-2处的过电位分别为76和147 mV, 且具有良好的循环稳定性。通过DFT计算发现,界面处的电子重新分布降低了催化剂对氢吸附能,从而提高了析氢活性。同时该催化剂与水滑石组成全解水装置在碱性环境下也展现出优异的全解水活性和稳定性。该工作为研发成本低廉、高活性和稳定性的析氢催化剂提供了一种新途径,且探究了界面工程提升催化性能的深层次原因,为本领域的发展起到了促进作用。