合理設(shè)計(jì)用于工業(yè)水分解的高效電催化劑對(duì)于產(chǎn)生可持續(xù)的氫燃料至關(guān)重要。根據(jù)目前報(bào)道，過(guò)渡金屬硫?qū)倩?TMCs)和磷化物(TMPs)能夠提高水分解整體效率，然而TMPs/TMCs的高電催化性能與結(jié)構(gòu)重構(gòu)的關(guān)系仍不明晰。
基于此，蘇黎世大學(xué)Greta R. Patzke團(tuán)隊(duì)提出了一種自模板化策略，以蛋黃殼ZIF-67@CoFe-PB NC為前驅(qū)體成功制備出Co@CoFe-P NBs，并應(yīng)用一系列表征手法研究其內(nèi)在催化機(jī)制。
所制備的Co@CoFe-P NBs是高活性且堅(jiān)固的電催化劑，可在較寬的pH值范圍(0-14)內(nèi)進(jìn)行HER和OER。在0.5 M H2SO4、1.0 M KOH和1.0 M PBS中，在10 mA cm-2下，該催化劑的HER過(guò)電位分別為83 mV、104 mV和150 mV；在1.0 M KOH中的OER過(guò)電位為266 mV。
研究人員進(jìn)一步將Co@CoFe-P NB組裝成水電解槽，用于整體水分解。該電解槽僅需1.49 V 的低電池電壓就能產(chǎn)生10 mA cm-2的電流密度，最重要的是，該電解槽還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，在析氫反應(yīng)(HER)過(guò)程中，磷化鈷中的部分Fe取代促進(jìn)了結(jié)構(gòu)重構(gòu)為具有低價(jià)金屬中心(M0/M+) 的P-Co-O-Fe-P構(gòu)型；原位重構(gòu)后的催化劑通過(guò)降低水解離的能壘和促進(jìn)HER中間體(H*)的吸附/解吸，顯著提高了HER性能。
對(duì)于析氧反應(yīng)(OER)，Co@CoFe-P NB重構(gòu)為氧橋接的高價(jià)CoIV-O-FeIV構(gòu)型以提高OER活性。該工作中提出的催化劑內(nèi)在催化機(jī)制對(duì)設(shè)計(jì)并研究用于能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的催化劑至關(guān)重要。
Dynamics and Control of Active Sites in Hierarchically Nanostructured Cobalt Phosphide/Chalcogenide-based Electrocatalysts for Water Splitting. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/d1ee02249k
