化學化工學院何榮幸教授課題組在電催化材料設計領域取得新進展

2021-02-15 西南大學化學化工學院
近日，化學化工學院何榮幸教授課題組在催化領域國際知名期刊《AppliedCatalysis B: Environmental》(《應用催化B：環境》，影響因子：14.229）上發表題為「RegulatingElectron Density of NiFe-P nanosheets Electrocatalysts by a trifle of Ru forHigh-efficient Overall Water Splitting」（採用微量釕調節NiFe-P納米片電催化劑電子密度的策略實現高效全水解）的文章。西南大學為該成果的第一通訊單位，何榮幸教授為通訊作者，何榮幸教授指導的2017級碩士研究生渠美嬌為第一作者。

由於能源危機和環境問題，氫氣作為一種高能量密度、無毒無汙染的新型可再生能源，得到了大家的廣泛關注。電解水制氫純度高、成本低，成為更有潛力的制氫方法，但在電解水過程中存在極大的過電位。因此，人們需要設計併合成價格低廉、高催化活性且穩定性好的陰極和陽極催化劑來儘可能降低電解水的過電位。同時，用同一電催化劑在電解槽中作為陰、陽兩極，更有利於降低催化體系汙染，簡化系統，降低生產成本，實現工業應用。

在過去幾年的研究中，過渡金屬磷化物由於其低廉的價格和較好的催化性質成為一類非常有潛力的電解水催化劑。但是它固有的一些缺點限制了該類催化劑的進一步應用。例如催化劑表面的活性位點不夠豐富，每個活性位的活性有限以及有待提高的導電性，這也是很多催化劑共有的缺陷。而釕作為一種d軌道電子豐富的鉑族元素，價格僅為鉑的4%。因此，該工作將微量的釕摻雜到偏磷酸鎳鐵中用以調控其表面電子密度，電化學測試表明該方法極大地提高了該材料的催化性能。DFT計算表明，偏磷酸鎳鐵表面磷為吸附氫的位點，而釕摻雜後，釕位點具有更小的|∆GH*|，不僅降低了原磷位的|∆GH*|，同時還極大提高了材料的導電性，從而使該材料具有優異的催化性能。這種通過微量釕摻雜調控電子密度的策略可以為將來設計新的高效催化劑提供指導。

該研究成果得到了廣泛關注，並受邀在微信公眾號「研之成理」上進行了詳細解讀和報導。

(連結：https://mp.weixin.qq.com/s/x1dz8GGl_cI-RRCpvnmhGw)。

該研究工作得到了國家自然科學基金、重慶市自然科學基金等項目的資助。論文連結：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118324

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