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第一作者：Lili Guo

通訊作者：遲京起，王磊

通訊單位：青島科技大學(xué)

論文速覽

設(shè)計性能優(yōu)異的雙功能電催化劑對海水分解析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)至關(guān)重要。

本研究成功設(shè)計了一種具有優(yōu)異性能的雙功能電催化劑，用于海水分裂中的析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）。通過磷缺陷（P_v）工程處理的NiCoP（NiCoP_v@NF）展現(xiàn)出在堿性海水溶液中對HER/OER的卓越催化活性和穩(wěn)定性。磷缺陷降低了表面電氧化重構(gòu)能壘，促進了晶體向活性氧化物/氫氧化物的局部轉(zhuǎn)化。

此外，NiCoP_v中的Ni位點和NiCoOOH中的Co位點分別是HER和OER過程的活性位點。在海水電解過程中，原位生成并吸附在催化劑表面的PO₄^3?通過空間排斥作用防止了Cl^–的腐蝕。使用NiCoP_v@NF對的海水陰離子交換膜（AEM）電解槽在高活性（500 mA cm^-2時為2.43 V）和長期耐久性（110小時500 mA cm^-2）方面表現(xiàn)出色。在1.0 M KOH中的AEM電解槽工作效率高達77.0%（100 mA cm^-2），每千克綠色氫氣（GGE H₂）的成本低至0.87美元。

圖文導(dǎo)讀

圖1：NiCoP和NiCoP_v的總態(tài)密度（DOS），NiCoP_v的差分電荷密度，以及NiCoP_v@NF的SEM、TEM、HRTEM和SAED圖像。

圖2：NiCoP@NF和NiCoP_v@NF的XRD圖譜，P缺陷形成機制的示意圖。

圖3：在1.0 M KOH中制備的催化劑的HER和OER極化曲線。

圖4：NiCoP_v@NF和NiCoP@NF在不同工作電位下的Bode相位圖，NiCoP_v@NF和NiCoP@NF在不同工作電位下的原位拉曼光譜測量。

圖5：NiCoP_v@NF在不同測試環(huán)境中的海水全分解性能，NiCoP_v@NF海水全分解的計時電流曲線，收集的氣體產(chǎn)物（H₂和O₂）與理論值的比較，AEM電解槽的示意圖。

總結(jié)展望

本研究在DFT預(yù)分析的指導(dǎo)下，制備了具有P缺陷的NiCoP（NiCoP_v@NF），在堿性海水溶液中對HER和OER展現(xiàn)出優(yōu)異的催化動力學(xué)、活性和穩(wěn)定性。NiCoP_v@NF在兩電極系統(tǒng)中展現(xiàn)出較低的電壓需求和高穩(wěn)定性。

此外，使用NiCoP_v@NF的海水AEM電解槽在工業(yè)條件下實現(xiàn)了高活性（500 mA cm^-2時為2.43 V）和長壽命（110小時500 mA cm^-2）的性能。通過Operando EIS、原位拉曼分析和DFT計算的進一步研究表明，P_v顯著降低了NiCoP_v@NF表面的電氧化重構(gòu)能壘，從而有效地促進了晶體在OER過程中向活性氧化物/氫氧化物的局部轉(zhuǎn)化。

此外，堿性海水電解過程中，NiCoP_v中的Ni位點和由相變形成的NiCoOOH中的Co位點分別是HER和OER過程的活性位點，而生成并吸附在催化劑表面的PO₄^3?通過靜電吸引和空間排斥的協(xié)同效應(yīng)防止了海水電解中的Cl^–腐蝕，從而保護電極免受腐蝕。本研究為富含空位的金屬磷化物中HER和OER的機制提供了深入的探索，并為具有優(yōu)異催化性能和長期耐久性的催化劑的工業(yè)設(shè)計提供了前景。

文獻信息

標(biāo)題：Phosphorus Defect Mediated Electron Redistribution to Boost Anion Exchange Membrane-Based Alkaline Seawater Electrolysis

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400975

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/05/24/38d9d10946/

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青島科技大學(xué)王磊/遲京起，最新AEM！

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