文 章 信 息
多尺度分層結構NiCoP安培級全水解，實現多場景綠色能源制氫
第一作者：陳釘
通訊作者：木士春
單位：武漢理工大學
研 究 背 景
氫能作為一種高效的清潔能源，在人類努力實現全球碳中和的過程中將發揮重要作用。由綠色能源系統提供動力的電催化水分解是一種高效且可持續的制氫途徑。然而，由于幾乎沒有催化劑能在安培級電流密度下保持持久的活性，嚴重推遲了電解水技術的工業部署。因此，迫切需要構建具有高效穩定的催化劑結構，從而滿足在工業規模的大電流密度下持續產氫。
文 章 簡 介
近日，來自武漢理工大學的木士春教授團隊在國際知名期刊Advanced Energy Materials上發表題為“Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems”的觀點文章。該觀點文章表明，通過對微觀結構進行動態調控，獲得的NiCoP催化材料具有特殊的從3D泡沫鎳基板、2D納米片到1D納米針的多尺度層次結構，能夠實現出色的安培級水分解制氫。
本 文 要 點
要點一：DFT理論計算（圖1）表明，雙金屬磷化物NiCoP具有優化的ΔGH*、良好的H2O吸附和合適的電子/能帶結構，有望成為有效的HER催化劑。
圖1. DFT計算。
要點二：通過水熱磷化策略實現對NiCoP微觀結構的進一步動態調控，在120℃水熱溫度下獲得的NiCoP-120呈現出獨特的多尺度層次結構，集3D-泡沫鎳基板、2D-納米片和1D-納米針于一體（圖2）。
圖2. 結構表征。
要點三：獨特的多尺度層次結構豐富了電化學活性表面積，加速了電子傳遞，非常有利于電解質的滲透和H2、O2的快速釋放，從而同時具備優異的HER（128 mV @100 mA cm-2）和OER（321 mV @100 mA cm-2）性能，保證了電極在大電流水分解過程中的活性和穩定性（圖3）。
圖3. 性能測試。
要點四：NiCoP作為雙功能催化劑展現的優異大電流全水解性能（1.981V@1A cm-2，穩定運行達600h）以及太陽能、風能、熱能、鋰電池等綠色能源制氫系統的成功示范，進一步為電解水技術的大規模實際應用提供了更多應用場景（圖4）。
圖4. 多場景綠色能源制氫系統演示。
文 章 鏈 接
Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202300499.
通 訊 作 者 簡 介
木士春 教授 簡介：武漢理工大學首席教授，博士生導師，國家級高層次人才。長期致力于質子交換膜燃電池和電解水催化劑研究。以第一作者或通訊作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.等國內外期刊上發表260余篇高質量學術論文。
第 一 作 者 簡 介
陳釘，武漢理工大學木士春教授課題組2021級博士研究生，主要研究方向為催化劑的設計合成與催化機制。目前以第一作者在Angew. Chem., Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、ACS Catal.、ACS Energy Lett.、Nano Energy、InfoMat等期刊上發表10余篇高質量學術論文。