氢能因具有高能量密度和零碳排放的优势，有望成为解决能源持续发展问题的关键因素。相较于其他的制氢方式，电解水制氢具有产品纯度高、生产灵活、无污染等优点。电解水反应可以分为阳极的析氧反应（OER）和阴极的析氢反应（HER）两个半反应。目前电解水技术受限于高成本和OER的缓慢动力学。因此，开发高效低成本的电解水制氢技术是实现清洁制氢的关键。采用低品质水，如海水、盐水等，可以降低电解水的原料成本。然而海水中高浓度的氯离子对电极有腐蚀作用，容易使其失活。尽管目前报道了许多非贵金属催化剂在碱性环境中可以展现出较高的OER活性和稳定性，但其中大多数在海水、盐水环境中很不稳定。
基于上述问题，华中科技大学王得丽教授课题组通过简单的两步法成功制备出了具有碳包覆双金属磷化物结构的自支撑双功能催化剂（C@CoP-FeP/FF），得益于碳层包覆和双金属磷化物之间构建的异质界面，C@CoP-FeP/FF催化剂在碱性电解液和模拟海水电解液中均表现出了优异的OER、HER活性和稳定性。
图1 (a) C@CoP-FeP/FF的制备过程示意图。(b-d) CoFeP/FF的SEM图。(e-g) C@CoP-FeP/FF的SEM图。
图2 (a-b) C@CoP-FeP/FF的TEM图。(c-d) C@CoP-FeP/FF的HRTEM图。(e) C@CoP-FeP/FF的TEM图和相应的元素映射图像。
将C@CoP-FeP/FF同时作为全水解电解槽的阴极和阳极。全水解性能测试发现C@CoP-FeP/FF || C@CoP-FeP/FF电解槽只需要1.73 V的电压就能在模拟海水电解液中实现100 mA cm-2的电流密度。在100 mA cm-2的电流密度连续工作100h后，仍未出现衰减。
图3 (a) C@CoP-FeP/FF作为阴极和阳极的电解水示意图。(b) C@CoP-FeP/FF || C@CoP-FeP/FF在1 M KOH和模拟海水中全水解的双电极的极化曲线。(c) 采用计时电流法进行的稳定性测试。
【作者简介】
通讯作者王得丽教授简介：
王得丽，华中科技大学教授/博士生导师，入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”, 湖北省“化学化工青年创新奖”、中国表面工程协会“中表镀-安美特青年教师奖”。主要研究领域为新型电化学能源与环境材料的设计以及性能优化。在Nat. Mater.、Nat. Commun.、JACS、Angew等期刊上发表SCI论文100余篇，获授权美国发明专利2项、中国发明专利10项。主持国家自然科学基金、湖北省科技晨光计划等项目。担任《J. Chem. Phys.》副主编，《电化学》、《中国化学快报》、《储能科学与技术》、《Nano Materials Science》、《Energy & Fules》、《J. Phys. Energy》杂志编委。
课题组网站：
http://deli.chem.hust.edu.cn/info/1012/1103.htm
Research ID: http://www.researcherid.com/rid/K-5029-2012
论文信息：
Bimetallic Phosphide Heterostructure Coupled with Ultrathin Carbon Layer Boosting Overall Alkaline Water and Seawater Splitting
Jingwen Li, Yezhou Hu, Xiao Huang, Ye Zhu, Deli Wang*
Small
DOI: 10.1002/smll.202206533
Small
期刊简介
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