西北工业大学文丹教授课题组JMCA：稀土元素调控FeP电催化析氢性能

第一作者：高唯，武雨洁

通讯作者：文丹*

单位：西北工业大学

利用可再生能源发电、进而电解水制氢为可再生电能的消纳和氢气的绿色制备提供了新的途径。开发低成本、高活性和稳定性的非铂基催化剂对于电解水的阴极析氢反应（HER）具有重要意义。过渡金属磷化物（TMPs）如FeP对于HER表现出较好的电催化性能，而通过引入掺杂元素等方式对其电子结构进行调控，可以进一步改善本征催化活性，从而降低HER的过电势。稀土（RE）元素近年来在电催化中受到广泛的关注，其独特的电子结构和化学性质可以有效调节过渡金属催化剂的电子结构和电催化性能。然而，使用不同RE元素来调节过渡金属催化剂的电子结构和电催化性能并揭示其规律的研究还较少，对于认识RE的调控作用还需要进一步探究。

近日， 西北工业大学文丹教授和高唯副教授团队 在HER电催化剂结构调控方面取得研究进展，在国际知名期刊 Journal of Materials Chemistry A 上发表题为“ Engineering electronic structure of FeP with rare earth elements to promote the electrocatalytic hydrogen evolution performance ”的研究文章。该工作通过不同RE元素掺杂FeP（RE-FeP），实现了对FeP的电子结构和电催化HER性能的有效调控，RE-FeP的HER性能表现出“火山型”规律。其中Ce-FeP表现出显著的活性，在酸性和碱性电解液中分别仅需要55和100 mV的过电势就可以达到10mA cm ^-2 的电流密度。这一工作揭示了不同RE元素对FeP电子结构的影响与规律，优化了FeP的电催化HER性能，为RE元素与过渡金属复合催化剂的设计及其电催化析氢应用具有参考意义。

通过在制备FeP前驱体时分别掺杂不同的RE元素包括钇（Y）、镧（La）、铈（Ce）、钐（Sm）、钆（Gd）等，并进一步磷化得到碳布负载的RE元素掺杂的FeP（RE-FeP/CC）。结构表征证实，各个RE元素在FeP中均匀分布，并且RE的引入并未改变FeP的晶体结构。而不同RE元素显著改变了FeP的表面化学状态，调节了表面催化活性物质的含量。

随着RE元素的原子序数增加，不同的RE-FeP在电催化析氢性能上表现出明显的“火山型”规律，Y、La、Ce、Sm的掺杂增加了表面活性位点数、改善了电荷转移，从而提高了FeP的HER活性，并且Ce-FeP在酸性和碱性电解液中均表现出最优异的HER性能，在10 mA cm-2的电流密度下的过电势分别是55和100 mV，远低于FeP的过电势。

通过理论计算发现随着RE元素原子序数增加，FeP的电子结构调控表现出一定的规律性。RE元素的掺杂在一定程度上调节了FeP中铁元素的d带中心和表面氢吸附能，能够改善表面氢的吸附作用。进一步计算表明，La-和Ce-FeP表面的氢吸附Gibbs自由能远小于FeP，可以减弱氢的吸附，从而利于HER过程。

这一工作认识了不同RE元素对FeP的电子结构和电催化HER性能的调节作用和规律，促进了RE元素在电催化领域的应用，实现了高效、低成本的电解水制氢。

Engineering electronic structure of FeP with rare earth elements to promote the electrocatalytic hydrogen evolution performance

文丹教授简介： 课题组负责人文丹教授（介绍见http://teacher.nwpu.edu.cn/2017010109）分别在武汉大学（本科）、中国科学院长春应用化学研究所（博士）和德国德累斯顿工业大学（洪堡学者）求学、工作后，入选国家青年人才项目，加入西北工业大学材料学院，主要的研究方向围绕着功能化纳米材料的电化学，实现高效的生物-/电催化过程，基于此开发新型的生物传感和生物相关能源器件。迄今已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci, Adv. Funct. Mater., Energy Environ. Sci., Anal. Chem.等国际学术期刊发表研究论文70余篇，他引近5000余次，H-指数为39。并受邀撰写英文专著3章。

高唯， 男，现任西北工业大学副教授，主要研究方向为电催化中电极材料的结构设计、组分调控与催化机理探究，及稀土/过渡金属基复合电催化剂在电解水、燃料电池等反应中的催化性能研究。在Adv. Funct. Mater., Nat. Commun., Nano Energy等国际高水平期刊上发表SCI论文40多篇，其中第一作者（共同一作）、通讯作者SCI论文20余篇。

武雨洁， 女，硕士研究生，主要研究方向稀土/过渡金属复合催化剂的电解水应用。

一、博士后招聘要求：

（1）35周岁以下，已（或即将）获得博士学位；

（2）具有生物传感、电/光/光电催化、纳米材料、理论计算、传感器件加工等领域相关研究背景；

（3）近5年以第一作者在相关领域的主流期刊上发表过多篇学术论文；

（4）具备独立从事科研的能力、有较强的科研兴趣和责任感，良好的团队合作精神以及积极向上的生活态度。

二、岗位待遇：

（1）基本年薪：

特别资助博士后：24-29万（税前），社保待遇等约6-10万/年，并可享受绩效奖励和科研等其他收入；

常规博士后：20-24万（税前），社保待遇等约5-10万/年，并可享受绩效奖励和科研等其他收入；

（2）课题组提供良好的科研条件，鼓励并协助博士后申报博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金、国家青年科学基金及各种国际交流项目等。博士后在站期间或出站时，若达到学校教学科研岗位准入标准，可申请应聘教学科研岗位。获聘后纳入相应岗位管理并享受相应待遇。

（3）生活待遇：享受医疗保险、优质的西工大幼儿园、附小及附中等基础教育资源，根据学校情况可申请博士后公寓。

详细信息可参见《西北工业大学2022年度全球招聘公告》，网址：https://renshi.nwpu.edu.cn/info/1261/7403.htm

三、应聘方式

申请者请将个人简历和3篇代表作全文发送至邮箱dan.wen@nwpu.edu.cn（邮件标题注明：应聘岗位+本人姓名），初选后通知面试。