電化學(xué)水分解(EWS)技術(shù)被認(rèn)為是一種環(huán)保、簡(jiǎn)單、高效的高純度制氫技術(shù)，不僅可以避免其他可再生能源的間歇性供應(yīng)，而且可以減少過剩電力的浪費(fèi)。EWS由兩個(gè)半反應(yīng)組成，即陽極析氧反應(yīng)(OER)和陰極析氫反應(yīng)(HER)。然而，由于HER和OER過程中動(dòng)力學(xué)緩慢，需要更高的過電位來克服反應(yīng)能壘。為了降低過電位，需采用先進(jìn)個(gè)電催化劑來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。貴金屬催化劑，如Pt和RuO2/IrO2對(duì)HER和OER表現(xiàn)出有效的催化活性，但其高成本和稀缺性嚴(yán)重阻礙了它們的商業(yè)應(yīng)用。另一方面，在苛刻的酸性溶液中受到腐蝕，導(dǎo)致催化劑的不穩(wěn)定性和低催化活性，特別是在高電流密度下。因此，開發(fā)低成本、高活性、長穩(wěn)定性和可在寬pH范圍運(yùn)行的雙功能電催化劑迫在眉睫。
近日，南開大學(xué)焦麗芳、山西師范大學(xué)盧文卜、苗向陽和山東大學(xué)孫吉?jiǎng)P等成功地在NiFe合金泡沫上制備了一種高效的Mo摻雜Ni2P/FexP非均相電催化劑(Mo-Ni2P/FexP-V/NFF)，用于催化酸性/堿性水分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Mo-Ni2P/FexP-V/NFF多異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑在不同pH介質(zhì)中對(duì)HER和OER具有良好的催化性能和穩(wěn)定性。在堿性介質(zhì)中，該催化劑分別僅需157和188 mV的HER過電位就能驅(qū)動(dòng)50和100 mA cm?2的電流密度，相同電流密度下所需的OER過電位也低至195和246 mV。此外，基于Mo-Ni2P/FexP-V/NFF的堿性水電解槽只需要1.49 V的電池電壓就可以達(dá)到10 mA cm?2的電流密度，并能夠在50 mA cm?2下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行20小時(shí)。在酸性條件下，Mo-Ni2P/FexP-V/NFF也表現(xiàn)出良好的HER活性，在100和300 mA cm?2高電流密度下的過電位分別僅為189.4和241.2 mV，并且在100 mA cm?2電流密度下電解100小時(shí)后僅發(fā)生輕微活性衰減，反應(yīng)后催化劑的形貌和結(jié)構(gòu)仍保持良好。此外，結(jié)合光譜表征和理論計(jì)算，Mo的摻雜有效地優(yōu)化了電催化劑的電子結(jié)構(gòu)，從而提高了性能；其次，OER過程中重構(gòu)的氫氧化物作為實(shí)際活性物質(zhì)促進(jìn)了反應(yīng)進(jìn)行；最后，多種策略協(xié)同促進(jìn)了H2O的解離和*OH的解吸，實(shí)現(xiàn)了高效的水分解行為。綜上，該項(xiàng)工作不僅證實(shí)了Mo摻雜和界面工程提高水分解性能的可行性，而且為合理設(shè)計(jì)過渡金屬磷化物的多相界面以在較寬的pH范圍內(nèi)進(jìn)行全水分解提供了指導(dǎo)。Interface engineering of Mo-doped Ni2P/FexP-V multiheterostructure for efficient dual-pH hydrogen evolution and overall water splitting. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202400397
