发布|武汉理工木士春、余军教授课题组 Small：磷化物纳米片如何助力电解水奇迹
文摘
2024-11-24 14:45
山西
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第一作者：董颖
通讯作者：余军、木士春
通讯单位：
武汉理工大学 研究背景
避免活性位点过度堆积是优化活性氧析出反应(OER)性能的一个颇具潜力的策略。本研究采用具有空心结构的CoFe普鲁士蓝立方体(C-CoFe PBA)作为前驱体模板，成功制备了具有高比表面积的Ni₂P-FeP₄-Co₂P催化剂，该催化剂展现出卓越的性能。在众多二元层状双氢氧化物(LDH)中，NiFe LDH展现出了良好的催化性能。然而，其应用受到低电导率和活性位点有限性的制约。因此，合理设计催化剂结构以提高导电性并防止LDH自堆积至关重要。金属有机骨架(MOFs)凭借其高比表面积、高孔隙率及丰富的活性金属节点等特性，成为了构建多种功能材料的理想分子平台。通过刻蚀MOFs形成的空心结构能够增强电解质和反应物的扩散效率，缩短电荷与离子的传输路径，进而优化电导性能。此外，将层状氢氧化物转化为磷化物不仅能显著提升催化剂的导电性，而且重构后的催化剂拥有更高的比表面积，能够暴露更多的活性位点，从而进一步增强催化效能。文章要点
采用CoFe普鲁士蓝类似物(PBA)作为衍生载体，旨在防止NiFe层状双氢氧化物(LDH)的相互堆叠，从而有效增加活性位点的数量。通过对金属有机框架(MOF)进行刻蚀与磷化处理，可以显著促进电解质与反应物的扩散效率，缩短电荷及离子的传输路径，进而优化离子电导率性能。XRD和TEM表明制备的催化剂的相组成为Ni2P、FeP4和Co2P，内部为空心结构。Ni₂P-FeP₄-Co₂P展现出了卓越的析氧反应(OER)性能，这主要归功于其独特的空心立方结构以及构成该结构的金属磷化物纳米片。金属磷化物的引入显著增强了材料的导电性；而空心立方体的设计不仅增大了催化剂与电解质溶液的接触界面，促进了电解质的渗透与电荷的有效转移，还提供了丰富的金属活性位点，这些因素共同提升了材料的电化学催化活性。磷化物Ni2P-FeP4-Co2P在OER过程中进行了表面重构，形成羟基氧化物作为实际的活性位点，促进了OER过程。本项工作不仅成功合成了高性能的磷化物纳米片，还在成分构成与结构设计上为开发具有卓越析氧反应(OER)性能的过渡金属催化剂开辟了新的思路与方向。Doi:
10.1002/smll.202406105
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