發(fā)布：材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 時間：2019-03-14
近日，我校材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室木士春教授課題組在富磷型金屬磷化物納米材料電催化產(chǎn)氫研究領(lǐng)域又取得重要進(jìn)展，研究成果已在國際頂級刊物《能源與環(huán)境科學(xué)》（A universal synthesis strategy for P-rich noble metal diphosphide based electrocatalyst for hydrogen evolution reactions. Energy & Environmental Science, 2019, 12, 952-957）上在線發(fā)表，期刊影響因子（IF）為30.067。
過渡金屬二磷化物等富磷型磷化物由于具有高的導(dǎo)電性、析氫電催化活性及電化學(xué)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是未來替代鉑（Pt）基貴金屬催化劑的理想材料之一。然而，富磷型過渡金屬磷化物由于具有熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)使得大多數(shù)富磷型磷化物難以可控合成。另一方面，純富磷型過渡金屬磷化物表面易被氧化，導(dǎo)致合成此類化合物的報道相對較少。因此，急需探索一種簡單、通用而高效的過渡金屬二磷化物材料的合成方法。
近幾年來，我校木士春課題組已在過渡金屬磷化物的設(shè)計、構(gòu)筑及電催化產(chǎn)氫方面開展了大量研究工作，已在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Fucntional Materials、Nano Energy、Applied Catalysis B: Environmental 等國際權(quán)威期刊上發(fā)表20余篇SCI論文。特別是在富磷型金屬磷化物研究方面取得了一些原創(chuàng)性成果（Angewandte Chemie International Edition, 2017, 56, 11559）：他們首次借助具有較強(qiáng)絡(luò)合能力的綠色植酸為磷源，合成出了富磷型二磷化釕（RuP2），并同時實(shí)現(xiàn)了二磷化釕的氮、磷異質(zhì)原子摻雜碳封裝。該封裝構(gòu)型在保持催化劑穩(wěn)定的同時還改變了二磷化釕表面的電子結(jié)構(gòu)及氫吸附自由能，從而大幅改善催化劑的電化學(xué)析氫活性，使其達(dá)到類鉑的析氫催化性能。該合成方法具有簡單、安全和可規(guī)模化制備等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
在此基礎(chǔ)上，他們近期進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，借助不同的貴金屬鹽及控制前驅(qū)體的比例，采用與之前相似的方法可獲得一系列的氮原子摻雜碳封裝富磷型二磷化物貴金屬催化劑（如IrP2、RhP2、Pd5P2等)，從而證明該合成方法的普適性。其中制得的IrP2催化劑，當(dāng)作為酸性析氫催化劑時，僅需8 mV的過電勢即可實(shí)現(xiàn)10 mA cm-2的析氫電流密度，顯示出優(yōu)于商用鉑催化劑（Pt/C）的電催化析氫活性（18 mV@j=10 mA cm-2）。值得關(guān)注的是，在酸性條件下，該催化材料還展現(xiàn)出較好的氫氧化反應(yīng)（HOR）催化活性，有望作為質(zhì)子交換膜燃料電池陽極電催化劑使用。此外，因受氮摻雜碳的封裝、限域作用，該催化劑亦表現(xiàn)出了明顯優(yōu)于商用鉑催化劑（Pt/C）的電化學(xué)穩(wěn)定性能。無疑，該項(xiàng)成果將有力推動富磷型金屬磷化物催化劑在電解水制氫、燃料電池及其它領(lǐng)域中的應(yīng)用。
論文通訊作者為木士春教授，第一作者為博士研究生蒲宗華（現(xiàn)為華南理工大學(xué)博士后）。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 51672204）支持。
