血小板状Ru掺杂Ni2P纳米催化剂的合成及其双功能电催化析氢和析氧性能

刘 影 陆徐云 车志文 王 伟 包建春

(南京师范大学化学与材料科学学院，南京 210023)

0 引 言

全球性的能源和环境危机使得绿色、清洁可再生新能源的开发成为人们研究的热点。在未来能源体系中，电解水制取氢气被认为是理想的可再生能源的来源之一，引起了人们广泛的兴趣[1-2]。电解水包括2个半反应：阴极氢气析出反应(HER)和阳极氧气析出反应(OER)。为了加速反应的进行，高效率电催化剂的使用至关重要。目前，人们公认的HER和OER最好的电催化剂分别是20%Pt/C和RuO2/IrO2，但是这些材料的地球储量少，价格昂贵，限制了其作为电催化剂的大规模应用。尽管一些廉价的催化剂具有良好的HER催化性能，但其OER催化性能一般[3-4]，反之亦然[5-6]。因此，开发低成本、高效率双功能催化剂具有重要的意义。

过渡金属磷化物的地球储量丰富，使用成本低廉，且具有优异的电催化HER性能，近年来受到了人们广泛的关注[7-9]。理论计算和实验研究表明，Ni2P的(001)晶面对氢的吸附能垒较低，表现出较低的HER过电势和优异的催化活性[10-12]。然而，Ni2P的导电性需要进一步提升[13-14]。此外，Ni2P多用于电催化HER，在OER领域中的应用相对较少[15]。研究表明，掺杂可以调控催化剂的微观电子结构，导致其表面重构，有利于电催化性能的提升[16-18]。例如，三元CoMnP纳米催化剂具有明显优于单一Co2P的电催化OER性能。这是因为Mn元素的引入降低了质子耦合电子转移(PCET)预平衡的热力学能垒，促进了O-O键的形成，因此导致电催化OER性能的提升[19]。目前报道的掺杂元素有Fe、Co、W等金属，但它们都以磷化物的形式存在，对催化剂导电性能的改善有限[20-22]。……