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电化学水分解产生的清洁氢燃料在缓解能源和环境危机方面引起了广泛的关注。然而，水电解反应中的析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的动力学缓慢，这严重限制了该方法的进一步发展和大规模应用。因此，需要设计和开发高效稳定的电催化剂来加速水分解。
基于此，
北京化工大学陶霞
课题组通过简便的阳离子交换法制备了原子级Co掺杂的自支撑磷化镍(NiP)纳米阵列(Ni
x
Co
1-x
P)。
具体而言，研究人员利用Co
2+
离子取代NiP纳米片阵列的Ni
2+
离子，这不需要复杂的化学反应和后处理步骤就可以在电极表面形成富含P空位和原子级Co掺杂的电极，并且P空位可以通过简单地改变阳离子交换浓度来进行微调。
性能测试结果表明，最佳的Ni
0.96
Co
0.04
P纳米片阵列电极在1000 mA cm
-2
电流密度下的HER和OER过电位分别为249.7 mV和281.7 mV，Tafel斜率分别具有49.6 mV dec
-1
和36.5 mV dec
-1
。此外，在500 mA cm
-2
处的Ni
0.96
Co
0.04
P纳米片阵列电极对于整体水分解显示出1.71 V的超低电位，并且显示出连续运行500 h的出色稳定性。
研究人员利用密度泛函理论(DFT)计算来研究表面结构调控对HER性能的影响。研究人员对两种不同的磷化镍催化剂Ni
5
P
4
和NiP
2
进行了模拟，结果表明，H的吸附遵循Co原子可以削弱H吸附质与表面P原子相互作用，而P空位可以进一步减少H吸附质的成键的趋势；NiP
2
比Ni
5
P
4
具有更接近于0的自由能值，导致更好的HER性能。
更重要的是，富磷NiP
2
和富金属Ni
5
P
4
分别赋予催化剂较好的稳定性和导电性。因此，Co掺杂和P空位以及Ni
5
P
4
和NiP
2
的协同作用使Ni
0.96
Co
0.04
P纳米片阵列电极对HER催化具有很高的效率。
Atomic-Level Surface Engineering of Nickel Phosphide Nanoarrays for Efficient Electrocatalytic Water Splitting at Large Current Density. Advanced Functional Materials, 2022.
DOI: 10.1002/adfm.202205161
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