文 章 信 息
多尺度分層結(jié)構(gòu)NiCoP安培級全水解，實現(xiàn)多場景綠色能源制氫
第一作者：陳釘
通訊作者：木士春
單位：武漢理工大學
研 究 背 景
氫能作為一種高效的清潔能源，在人類努力實現(xiàn)全球碳中和的過程中將發(fā)揮重要作用。由綠色能源系統(tǒng)提供動力的電催化水分解是一種高效且可持續(xù)的制氫途徑。然而，由于幾乎沒有催化劑能在安培級電流密度下保持持久的活性，嚴重推遲了電解水技術(shù)的工業(yè)部署。因此，迫切需要構(gòu)建具有高效穩(wěn)定的催化劑結(jié)構(gòu)，從而滿足在工業(yè)規(guī)模的大電流密度下持續(xù)產(chǎn)氫。
文 章 簡 介
近日，來自武漢理工大學的木士春教授團隊在國際知名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表題為“Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems”的觀點文章。該觀點文章表明，通過對微觀結(jié)構(gòu)進行動態(tài)調(diào)控，獲得的NiCoP催化材料具有特殊的從3D泡沫鎳基板、2D納米片到1D納米針的多尺度層次結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)出色的安培級水分解制氫。
本 文 要 點
要點一：DFT理論計算（圖1）表明，雙金屬磷化物NiCoP具有優(yōu)化的ΔGH*、良好的H2O吸附和合適的電子/能帶結(jié)構(gòu)，有望成為有效的HER催化劑。
圖1. DFT計算。
要點二：通過水熱磷化策略實現(xiàn)對NiCoP微觀結(jié)構(gòu)的進一步動態(tài)調(diào)控，在120℃水熱溫度下獲得的NiCoP-120呈現(xiàn)出獨特的多尺度層次結(jié)構(gòu)，集3D-泡沫鎳基板、2D-納米片和1D-納米針于一體（圖2）。
圖2. 結(jié)構(gòu)表征。
要點三：獨特的多尺度層次結(jié)構(gòu)豐富了電化學活性表面積，加速了電子傳遞，非常有利于電解質(zhì)的滲透和H2、O2的快速釋放，從而同時具備優(yōu)異的HER（128 mV @100 mA cm-2）和OER（321 mV @100 mA cm-2）性能，保證了電極在大電流水分解過程中的活性和穩(wěn)定性（圖3）。
圖3. 性能測試。
要點四：NiCoP作為雙功能催化劑展現(xiàn)的優(yōu)異大電流全水解性能（1.981V@1A cm-2，穩(wěn)定運行達600h）以及太陽能、風能、熱能、鋰電池等綠色能源制氫系統(tǒng)的成功示范，進一步為電解水技術(shù)的大規(guī)模實際應用提供了更多應用場景（圖4）。
圖4. 多場景綠色能源制氫系統(tǒng)演示。
文 章 鏈 接
Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202300499.
通 訊 作 者 簡 介
木士春 教授 簡介：武漢理工大學首席教授，博士生導師，國家級高層次人才。長期致力于質(zhì)子交換膜燃電池和電解水催化劑研究。以第一作者或通訊作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.等國內(nèi)外期刊上發(fā)表260余篇高質(zhì)量學術(shù)論文。
第 一 作 者 簡 介
陳釘，武漢理工大學木士春教授課題組2021級博士研究生，主要研究方向為催化劑的設計合成與催化機制。目前以第一作者在Angew. Chem., Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、ACS Catal.、ACS Energy Lett.、Nano Energy、InfoMat等期刊上發(fā)表10余篇高質(zhì)量學術(shù)論文。