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云南大學(xué)ACS Nano：Fe2P-Co2P異質(zhì)結(jié)構(gòu)立大功，助力構(gòu)建高效耐用陰離子交換膜水電解槽

電化學(xué)水分解制高純氫氣被認為是緩解能源危機和環(huán)境污染問題最有前景的策略。其中，陰離子交換膜水電解槽(AEMWEs)是生產(chǎn)高純氫氣的前沿技術(shù)。Pt基材料通常被認為是水電解反應(yīng)中析氫反應(yīng)(HER)的基準電催化劑，但其昂貴的價格和稀缺性限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。盡管人們開發(fā)了多種非貴金屬催化劑，但它們的活性和耐久性(特別是在安培級電流密度的情況下)仍不夠理想。因此，開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性的非Pt堿性HER催化劑以滿足工業(yè)AEM在安培電流下具有低過電位和長期使用壽命的需要，是推進AEM電解槽實際應(yīng)用的關(guān)鍵。

近日，云南大學(xué)胡廣志課題組通過配體交換調(diào)控策略合成了錨定在N和P雙摻雜碳多孔納米片上的超細Fe₂P和Co₂P納米顆粒(Fe₂P-Co₂P/NPC)。理論計算表明，與Fe₂P/NPC和Co₂P/NPC中電子分別在Fe和Co位點富集不同，F(xiàn)e₂P-Co₂P/NPC中的電子從Fe和Co原子流向P原子，使得電子在P位點重新分配和富集。

這表明Fe₂P-Co₂P/NPC在快速配體交換反應(yīng)后有效地優(yōu)化了Fe和Ni原子的電子狀態(tài)，顯著提高了其催化活性。同時，電子從Fe和Co向P的逆向流動激活了Fe₂P-Co₂P/NPC異質(zhì)結(jié)中界面Co-P-Fe橋聯(lián)活性位點，優(yōu)化了氫中間體的吸附和脫附，從而產(chǎn)生更有利的HER動力學(xué)。

因此，所制備的Fe₂P-Co₂P/NPC催化劑在堿性條件下分別僅需38、147和175 mV的過電位就能達到10、500和1000 mA cm^?2的電流密度；同時，該催化劑在100 mA cm^?2電流密度下連續(xù)運行200小時而沒有發(fā)生明顯的活性下降，且反應(yīng)后材料的結(jié)構(gòu)和形貌保持良好，表明其具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

更重要的是，利用Fe₂P-Co₂P/NPC作為陰極組裝的陰離子交換膜(AEM)水電解槽(Fe₂P-Co₂P/NPC||NiFe (OH)_x-Ni₃S₂)，僅需1.73 V的電池電壓就能產(chǎn)生1000 mA cm^?2的電流密度，并且該電解槽在1000 mA cm^?2電流密度下連續(xù)運行1000小時而沒有發(fā)生活性衰減，表現(xiàn)出巨大的實際應(yīng)用潛力。

簡而言之，該項工作為開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性的非貴金屬催化劑用于工業(yè)規(guī)模的清潔能源生產(chǎn)提供了一種高效可行的策略。

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

原創(chuàng)文章，作者：wdl，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/12/19/9bea29135c/

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