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?南開ACS Catal.：晶態Ni2P協同非晶態NiMoOx，實現工業條件下高效催化水電解產氫

電催化水分解產氫是一種將可再生電能轉化為清潔化學燃料的有效途徑。在堿性介質中，由于水分解緩慢、氫吸附/解吸能壘高以及物質/電荷轉移速率低等原因，析氫反應(HER)動力學緩慢，導致過電位升高。

因此，工業電解槽通常在高KOH濃度(20-40 wt%)和高溫(40-80 °C)下運行以提高電解效率。然而，這種方法需要更耐用和高活性的電極材料，可以承受嚴苛的條件，特別是在大電流密度(> 400 mA cm^-2)下工作。因此，有必要采用組成和形態工程對催化劑進行結構設計，以實現在工業條件下高效析氫。

近日，南開大學袁忠勇課題組在泡沫Ni上構建晶態Ni₂P團簇/非晶態NiMoO_x納米棒異質結(Ni₂P-NiMoO_x/NF)，通過協同活化增強物質/電荷轉移，調節反應能壘并改善反應動力學。性能測試結果顯示，Ni₂P-NiMoO_x/NF催化劑在10、100和500 mA cm^?2電流密度下的HER過電位分別為91、188和297 mV，并具有優異的穩定性。

此外，基于Ni₂P-NiMoO_x/NF的電解槽僅需1.66和2.08 V的電池電壓就能達到100和400 mA cm^?2的電流密度，并且其在工業測試條件下(65°C，30%KOH)能夠持續穩定電解達100小時。

實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，Ni₂P和NiMoO_x之間的相互作用促進了d帶中心下移，從而優化了局域電子結構；無定形的NiMoO_x在堿性電解液中通過Volmer反應加速水分子解離生成H*，而Ni₂P物種作為后續H*吸附和通過Heyrovsky反應脫附的活性中心，二者協同促進水的解離，提高了整體催化活性。

總的來說，該項工作通過實驗和理論計算詳細闡述了Ni₂P和NiMoO_x協同催化水分解產氫的機理，這為設計和開發應用于工業條件下分解水制氫的高效穩定的催化劑提供了指導。

Synergistic Activation of Crystalline Ni₂P and Amorphous NiMoO_x for Efficient Water Splitting at High Current Densities. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c01885

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