通訊作者：張超研究員、劉天西教授

通訊單位：東華大學(xué)

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高活性雙功能電催化劑的開(kāi)發(fā)是當(dāng)前電解水領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在眾多雙功能電催化劑中，過(guò)渡金屬磷化物（TMPs）是具有低成本和地球儲(chǔ)量豐富的優(yōu)點(diǎn)，是Pt基電催化劑的有前景的替代品，在氧還原反應(yīng)（ORR）和析氫反應(yīng)（HER）中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

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然而，納米結(jié)構(gòu)的TMP催化劑容易發(fā)生的嚴(yán)重且不可避免的團(tuán)聚，活性位點(diǎn)數(shù)量減少和電子/離子轉(zhuǎn)運(yùn)路徑阻斷，從而導(dǎo)致催化活性降低。此外，制備TMP的方法通?；谑褂镁哂卸拘缘臒o(wú)機(jī)或有機(jī)磷作為磷源的溶液或氣相磷化反應(yīng)，迫切需要綠色和有效的替代品。因此，開(kāi)發(fā)一種通用且可持續(xù)的方法來(lái)制備高催化性能的TMP異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有重要意義，這仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

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成果一覽

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近日，東華大學(xué)的劉天西教授和張超研究員報(bào)道了雙功能電催化劑的最新研究成果。采用自模板碳化方法，使用Zn/M雙金屬凝膠為前驅(qū)體（M=Co，F(xiàn)e，Ni等）合成負(fù)載在氮/磷雙摻雜碳的金屬磷化物準(zhǔn)氣凝膠電催化劑（TMP@NPCA）。

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在自模板碳化過(guò)程中，雙金屬凝膠前驅(qū)體的Zn離子在TMP@NPCA催化劑中同時(shí)促進(jìn)碳化和活化過(guò)程，而M離子形成磷化物納米顆粒。由于在NPCA的3D導(dǎo)電骨架內(nèi)高度暴露了TMP納米顆粒的電化學(xué)活性位點(diǎn)，所獲得的TMP@NPCA催化劑表現(xiàn)出卓越的ORR/HER雙功能電催化活性，同時(shí)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

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圖文導(dǎo)讀

圖1 催化劑合成示意圖及形貌結(jié)構(gòu)表征

圖2 CoP@NPCA催化劑形貌結(jié)構(gòu)表征

圖3 CoP@NPCA催化劑拉曼光譜及XPS圖

圖4 FeP@NPCA 和 Ni2P@NPCA催化劑形貌結(jié)構(gòu)表征

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圖5 CoP@NPCA催化劑電化學(xué)性能表征

圖6 CoP@NPCA催化劑用于Zn-空氣電池性能表征

本文采用自模板碳化法，以Zn/M雙金屬凝膠為前驅(qū)體，制備了負(fù)載在氮/磷雙摻雜碳的金屬磷化物準(zhǔn)氣凝膠電催化劑（TMP@NPCA）。3D高導(dǎo)電性的碳骨架和充分暴露的電化學(xué)活性位點(diǎn)，是該催化劑優(yōu)異ORR和HER性能的關(guān)鍵。

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這項(xiàng)工作提供了一次有效的嘗試，通過(guò)自我模板碳化策略使用BMOG前驅(qū)體制備各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的TMP/碳類氣凝膠電催化劑，并為開(kāi)發(fā)用于可持續(xù)能量轉(zhuǎn)換的高效雙功能電催化劑開(kāi)辟了新的道路。

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文獻(xiàn)信息

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Self‐Templated Conversion of Metallogel into Heterostructured TMP@Carbon Quasiaerogels Boosting Bifunctional Electrocatalysis

(Advanced Functional Materials，2019，DOI: 10.1002/adfm.201903660)

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201903660