研 究 背 景

电化学水分解已被视为一种可持续且清洁的制取绿色氢气的途径，这对于未来的可再生能源计划以及实现“碳中和”目标至关重要。考虑到海水的丰富（约占地球水的 96.5%），直接利用海水进行电解，凭借其资源节约和成本降低的优势，未来在大规模制取绿色氢气方面展现出了显著的潜力。然而，海水中存在的氯离子腐蚀以及杂质离子和微生物的存在会通过配位或吸附作用导致催化剂失活。为了应对这些挑战，开发能够在工业级电流密度下高效且耐用的海水电解催化剂至关重要。

成 果 介 绍

江苏科技大学喻洁＆陈代芬＆科廷大学邵宗平等人通过简便的一步磷化法原位制备了三维纳米针阵列（Fe-Ni₁₂P₅ NAs@NFF）电极。基于原位拉曼和DFT计算结果表明，在双金属磷化物中，镍-铁-磷的配位结构具有有利的电子结构，有助于活性氧析出反应（OER）活性物种的重构，并改善了氢气吸附能，从而有利于水电解（HER）过程。这项工作为设计和合成用于海水电解的高效且稳定的双功能催化剂提供了新的见解，并有助于在工业电流密度下大规模生产低成本可再生氢气的策略。该成果以“In Situ Grown Bimetallic (Ni, Fe)₁₂P₅ Nanoneedles with Favorable Electronic Structures and Superwetting Surfaces for Highly Efficient and Durable Seawater Splitting at Industrial Current Density”为题发表在Carbon Energy期刊上。

研 究 亮 点

1. Fe-Ni₁₂P₅ NAs@NFF 由在原位生长的 Fe 掺杂的 Ni₁₂P₅ 纳米片（约 500 纳米）堆积而成的纳米针阵列组成，其具有良好的电子结构和超亲水特性。

2. Fe-Ni₁₂P₅ NAs@NFF能够促进在氧气析出反应过程中结构向具有催化活性的NiOOH 的重构，并且能为氢气析出反应获得接近最优的氢吸附自由能。

3. 在阴离子交换膜电解槽中，Fe-Ni₁₂P₅ NAs@NFF 同时用作阳极和阴极，驱动1000 mA cm^-2的电流密度仅需要 1.87 V。

图 文 解 析

图1 催化剂的合成及其微观形貌

图2 催化剂的结构表征

图3 不同催化剂在碱性纯水中的电化学性能

图4 催化剂在碱性模拟海水和碱性天然海水中的电化学性能

图5 稳定性测试后催化剂的结构表征和原位表征

图6 理论计算和OER、HER机理示意图

图7 催化剂在AEM电解池中的电化学性能

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

In Situ Grown Bimetallic (Ni, Fe)₁₂P₅ Nanoneedles with Favorable Electronic Structures and Superwetting Surfaces for Highly Efficient and Durable Seawater Splitting at Industrial Current Density

文章研究方向：

电催化— —氧析出（OER）、氢析出（HER）

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70219

DOI: 10.1002/cey2.70219

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为温州大学副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续两年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2024年影响因子为24.2，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前八，材料科学（多学科）领域460本期刊中，位列14。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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