过渡金属磷化物的制备及电催化析氢性能提升策略

季小好，王祖民，陈晓煜，于然波

（1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083；2.中国科学院过程工程研究所,北京100190）

氢能作为一种清洁能源来源广泛，为宇宙中最丰富的元素（占所有原子的90%以上），其燃烧热值为液化石油气的2.5 倍，汽油的3 倍，且无毒，燃烧后无有害产物. 作为一种可持续能源，氢能在弥补能源短缺、环境保护方面具备强大优势. 目前最常用的制氢方法主要有电解水制氢、化石燃料重整制氢、生物质热转化和发酵制氢及光催化裂解水制氢等.

自William Nicolson 和Anthony Carlise 于1800年发现电解水产生氢气之后［1］，人们逐渐发现电解水制取的氢气纯度高，不需要复杂的提纯步骤，随后便意识到该方法在实际应用层面有着极大的发展潜力和优势，目前最成熟且已大批量商业化规模使用的是碱性电解水制氢技术. 水电解的化学反应为：2H2O→O2+2H2，整个反应由两个电化学半反应组成［2］，分别是阳极的析氧反应（OER）和阴极的析氢反应（HER）［3］. 水分解的实际施加电势（E）可表示为［4，5］：E=E0+iR+η，电解水理论分解电压E0为1.23 V［6］. 在实际电解过程中，存在着内阻（iR）与过电势（η），导致电解电压远大于1.23 V，而高效电催化剂的引入可以明显降低反应过电势η和加速反应动力学，提高电解效率. 对于析氢反应，已经有许多性能优异的贵金属催化剂，然而在实际应用中仍存在许多亟待解决的问题，如高温下的电极材料与电解池的腐蚀问题［7］. 此外，更为现实的问题是贵金属的储量有限. 在此背景下，非贵金属催化剂成为研究热……