近年來，受傳統(tǒng)能源危機和環(huán)境污染等問題的影響，氫作為一種能量密度高、清潔的綠色能源得到了人們的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)有的制氫技術(shù)中，電解水制氫不僅是一種較為便捷的制氫方法，而且還提供無碳、高純度和可持續(xù)的制氫途徑。但電解水制氫也存在一些限制其規(guī)模化發(fā)展的瓶頸，如缺乏高效的電催化劑以降低制氫能耗。當(dāng)前，Pt和Ru/Ir基催化劑分別是最佳的HER和OER催化劑。然而，貴金屬催化劑的高成本和資源稀缺嚴重阻礙了其廣泛應(yīng)用。因此，高性能、低成本和可規(guī)模化的雙效全解水催化劑已成為電解水制氫技術(shù)的研究熱點。
過渡金屬磷化物（TMPs）作為一類間隙化合物，具有高的導(dǎo)電性、電催化活性及電化學(xué)穩(wěn)定性，被認為是未來全解水的理想催化材料之一。Ru作為Pt族的一員，其價格僅為Pt的4%，而且還具有類Pt的析氫活性和高于Pt的析氧活性，可代替Pt作為全解水催化使用。最近，武漢理工大學(xué)木士春課題組以PBA為前驅(qū)體，通過先水熱載釕再低溫固相磷化的方法構(gòu)筑了含有超低量Ru的過渡金屬磷化物（Ru-MnFeP/NF）。得益于優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)配置、獨特的納米片花結(jié)構(gòu)和改善的含氫、含氧中間體的吸附過程，獲得的Ru-MnFeP/NF催化劑在1 M KOH溶液中呈現(xiàn)出了優(yōu)異的HER（35 mV @ 10mA cm-2）和OER（191mV @ 20mA cm-2）電催化活性。當(dāng)將其組裝為兩電極電解槽時，僅需1.47V的超低電壓就可以達到10 mA cm-2的電流密度，這是目前為止報道的最低水分解電壓值之一。此外，該催化劑還表現(xiàn)出近乎100%的法拉第效率和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。最后，他們還將該全水解裝置與太陽能電池聯(lián)用，成功構(gòu)建和演示了可長期穩(wěn)定運行的太陽能制氫系統(tǒng)。
相關(guān)論文以Ultralow Ru Loading Transition Metal Phosphides as High‐Efficient Bifunctional Electrocatalyst for a Solar‐to‐Hydrogen Generation System為題目在線發(fā)表于Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202000814)，碩士研究生陳釘為第一作者，木士春教授為通訊作者。