浙江農(nóng)林大學(xué)孫慶豐教授團(tuán)隊在ChemSusChem期刊發(fā)文對N摻雜Ni2P在電催化析氫中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，文章重點(diǎn)討論了N摻雜對Ni2P電子結(jié)構(gòu)及固有析氫活性的影響。
電解水析氫（Hydrogen Evolution Reaction, HER）是實現(xiàn)可持續(xù)氫經(jīng)濟(jì)的一種有效途徑。然而，迫切需要高效的電催化劑來促進(jìn)HER反應(yīng)動力學(xué)，提高能量轉(zhuǎn)換效率。貴金屬Pt具有優(yōu)異的析氫活性，但其儲量稀少、價格昂貴等問題嚴(yán)重阻礙了電解水制氫技術(shù)的發(fā)展。因此，人們一直致力于尋找地球上儲存豐富的非貴金屬材料用作高活性的催化劑。研究表明，Ni2P具有與[NiFe]氫化酶類似的結(jié)構(gòu)和電子構(gòu)型，被認(rèn)為是一種有潛力替代貴金屬Pt的析氫催化劑。然而，Ni2P固有的低活性嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。 對于Ni2P，電負(fù)性高的P從金屬中吸收電子，然后帶負(fù)電荷的P位點(diǎn)作為Lewis堿捕獲質(zhì)子，從而促進(jìn)H2的析出。基于此，陰離子摻雜被認(rèn)為是一種提高Ni2P活性的有效策略，因為陰離子的摻入可能改變P周圍的電荷密度，最終加速氫氣的析出。N與P屬于同族元素，電負(fù)性比P強(qiáng)，N的加入會使得Ni2P產(chǎn)生更強(qiáng)的電負(fù)性中心，更有利于質(zhì)子的捕獲和氫的釋放。然而，目前N摻雜對Ni2P析氫活性的影響尚未被深入研究。 有鑒于此，浙江農(nóng)林大學(xué)孫慶豐教授團(tuán)隊通過一步NH4H2PO2輔助的氣-固反應(yīng)合成了N摻雜的Ni2P催化劑。光譜學(xué)表征和DFT計算表明，N摻雜有效地調(diào)控了Ni2P的局域電子結(jié)構(gòu)，從而顯著提高了其本征活性。具體來說，N摻雜使得磷化鎳正電荷中心和負(fù)電荷中心的電子云密度增加，有利于水的吸附和氫的吸附/解離，有效地降低了氫吸附的吉布斯自由能，最終加快了催化反應(yīng)的進(jìn)行。該研究為低成本、高效的電解水技術(shù)提供了一種可用的電極，并為從原子角度探索和開發(fā)新型的過渡金屬磷化鎳催化劑提供了一條新的途徑。 論文信息 Nitrogen Disturbance Awakening the Intrinsic Activity of Nickel Phosphide for Boosted Hydrogen Evolution Reaction Caixia Yang, Zhiqiang Wang, Zhendong Li, Yichen Pan, Linwei Jiang, Prof. Caicai Li, Dr. Chao Wang, Prof. Qingfeng Sun ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200072
