堿性燃料電池(AFCs)由于其安全性高、能效高的優(yōu)點，得到了廣泛的研究。氨硼烷(NH3BH3，AB)是一種無碳能源材料，其不僅可作為儲氫源，還能作為直接AB燃料電池(DABFC)的陽極燃料。因此，合理設(shè)計AB氧化反應(yīng)(ABOR)電催化劑能夠有效提高DABFCs電化學(xué)性能。在此，南京理工大學(xué)郝青麗和雷武等首次合成了具有調(diào)制電子結(jié)構(gòu)和豐富晶格缺陷的銅摻雜偏磷酸鎳(Cu-Ni(PO3)2)，并將其應(yīng)用于ABOR。
Cu-Ni(PO3)2催化劑的各種表征結(jié)果顯示，Cu離子的摻雜不僅可以提高主催化劑的電導(dǎo)率，還可以改變Ni(PO3)2的電子結(jié)合能，并且引入大量晶格位錯和Ni(PO3)2晶體的扭曲，這導(dǎo)致Cu-Ni(PO3)2催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能。具體而言，在0.01 M AB中，1600 rpm下，優(yōu)化的10% Cu-Ni(PO3)2對ABOR具有-0.282 V vs. RHE的起始電位，優(yōu)于目前報道的貴金屬和其他過渡金屬電催化劑。實驗結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計算表明，Ni(PO3)2中Cu離子的摻雜可以提高反應(yīng)物(AB)(Eeds，AB= -0.41 eV)的吸附能，降低產(chǎn)物(BO2-)(Eads，BO2- = -0.27 eV)在Ni部位的吸附，從而提高Ni(PO3)2對ABOR的電催化活性。摻雜劑Cu離子的Eads，AB為-0.75eV，Eads，BO2為-0.18eV，也可以作為活性位點來提高催化性能。此外，Cu-Ni(PO3)2中Cu離子摻雜引起的晶格畸變使Cu和Ni的d帶中心更接近費米能級，表明其對吸附物(AB)的親和力更強。因此，晶格畸變可以作為新的活性位點，進一步提高Cu-Ni(PO3)2的催化活性。Defect-Rich Walnut-like Copper-Doped Ni(PO3)2 Catalyst towards Ammonia Borane Electrooxidation Reaction with High Performance. Journal of Materials Chemistry A, 2022. DOI: 10.1039/D1TA09483A
