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?青科大/石大AFM：界面電子相互作用立大功，促進(jìn)富磷PtP2/CoP異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化海水電解

氫氣(H₂)是一種綠色和高能量密度的能源載體，被認(rèn)為是化石燃料的潛在替代品。通過電解水生產(chǎn)H₂是一種有前途和可持續(xù)的方法。然而，該方法需要高效的催化劑來減少水分解過程中的過電位，加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

目前，鉑(Pt)由于其優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)，被認(rèn)為是一個(gè)重要的工業(yè)水分解電催化劑。但Pt的稀缺性和高成本嚴(yán)重限制了其大規(guī)模應(yīng)用。近年來，人們致力于提高Pt的利用率和減少Pt在催化劑中的含量，例如在Pt中摻入其他元素構(gòu)建Pt化合物以及Pt基組分在載體上的分散可以提高利用效率并促進(jìn)這些材料的廣泛使用。

近日，青島科技大學(xué)王磊、中國石油大學(xué)(華東)柴永明和董斌等通過簡單的水熱處理和低溫磷化工藝制備了具有結(jié)晶CoP微花和高分散PtP₂顆粒的異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑(PtP₂/CoP)，其表現(xiàn)出優(yōu)異的水分解活性。

理論計(jì)算表明，PtP₂/CoP催化劑具有豐富的P位點(diǎn)和較強(qiáng)的界面電子相互作用。其中，由于P位點(diǎn)電子具有較強(qiáng)的電負(fù)性，其在P位點(diǎn)的富集促進(jìn)了反應(yīng)中間體的吸附行為；同時(shí)，異質(zhì)結(jié)界面區(qū)域強(qiáng)烈的電子相互作用對電子結(jié)構(gòu)具有顯著的調(diào)控作用，其與P位點(diǎn)協(xié)同，有效降低了反應(yīng)能壘并加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，該催化劑表面具有超親水性和疏氣性，有利于反應(yīng)過程中的物質(zhì)傳遞。

因此，在堿性溶液中，所制備的PtP₂/CoP催化劑在100 mA cm^?2電流密度下的OER和HER過電位分別為298和101 mV；在堿性海水電解質(zhì)中，該催化劑分別僅需108和330 mV的HER和OER過電位就能達(dá)到100 mA cm^?2的電流密度。此外，利用PtP₂/CoP分別作為陽極和陰極的水電解槽僅需1.63 V的電池電壓就能達(dá)到100 mA cm^?2的電流密度，并且其能夠進(jìn)行20小時(shí)的穩(wěn)定高效水電解，表現(xiàn)出良好的耐久性。

綜上，該項(xiàng)研究不僅加深了對雙功能電催化劑中含Pt化合物與載體相互作用的理解，也為設(shè)計(jì)高效貴金屬基磷化物/過渡金屬磷化物復(fù)合材料劑提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。

Unique CoP microflower decorated with Phosphorous-Enriched PtP₂ onto nickel foam with interfacial electronic interactions to boost alkaline water-splitting. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202313935

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