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武漢理工木士春、余軍教授課題組Small:磷化物納米片助力電解水

原創(chuàng) 余軍老師課題組 eChemStore 2024年09月06日 09:30 北京

第一作者:董穎

通訊作者:余軍、木士春 

通訊單位:武漢理工大學 

Doi: 10.1002/smll.202406105


1. 全文速覽

在催化劑結構設計中避免活性位點的堆積是實現(xiàn)活性氧析出反應(OER)的一條很有前途的途徑。本文采用空心結構的CoFe普魯士藍立方體(C-CoFe PBA)作為衍生載體,報道了具有更大比表面積的高效Ni2P-FeP4-Co2P催化劑。

2. 背景介紹

在多種二元LDH中,NiFe LDH具有較好的催化性能。然而,由于它們的低電導率和有限的活性位點,LDH的應用受到限制。因此,需要合理的結構設計,提高催化劑的導電性,避免LDH的自堆積。金屬有機骨架(MOFs)由于具有高比表面積、高孔隙率和豐富的活性金屬節(jié)點等優(yōu)異性能,被廣泛用作各種功能材料的分子平臺。刻蝕后形成的空心結構可以促進電解質和反應物的擴散,縮短電荷和離子的傳輸通道,從而優(yōu)化電導率。此外,將層狀氫氧化物轉化為磷化物可以大大提高了催化劑的導電性,重構后形成的催化劑具有更高的比表面積,可以暴露更多的活性位點。

3. 本文亮點

CoFe PBA作為衍生載體來避免NiFe LDH的相互堆疊,豐富活性位點數(shù)目。將金屬有機框架進行刻蝕和磷化操作,可以促進電解質和反應物的擴散,縮短電荷和離子的傳輸通道,優(yōu)化離子電導率。

4. 圖文解析

XRD和TEM表明制備的催化劑的相組成為Ni2P、FeP4和Co2P,內部為空心結構。Ni2P-FeP4-Co2P具有優(yōu)異的OER性能,這主要與其空心立方結構和金屬磷化物納米片有關。金屬磷化物大大提高了導電性;中空立方體結構不僅增大了催化劑與電解質溶液的接觸面積,促進了電解質的滲透和電荷的轉移,還提供了豐富的金屬活性位點,均有利于提高電化學催化活性。磷化物Ni2P-FeP4-Co2P在OER過程中進行了表面重構,形成羥基氧化物作為實際的活性位點,促進了OER過程。

5. 總結與展望

這項工作不僅合成了高效的磷化物納米片,而且在其成分和結構方面為合成具有高效OER性能的過渡金屬催化劑提供了新的思路和方向。
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