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電催化水分解技術是生產可再生清潔能源的關鍵技術之一。然而，電解水的熱力學性質要求利用額外的電和有效的催化劑來驅動反應。電解水過程涉及兩個半反應：陰極的析氫反應(HER)和陽極的析氧反應(OER)。與HER相比，OER由于其4e轉移過程而被普遍認為是電解水的關鍵反應。

盡管貴金屬催化劑在催化活性和穩定性等方面長期占據主導地位，但其高昂的成本使其難以大規模應用。此外，貴金屬電催化劑不能在同一電解質中同時作為高效的HER和OER雙功能催化劑，這也使得設備復雜化，進而降低了全水解效率。因此，人們已經做出了許多努力來開發具有成本效益的貴金屬替代催化劑，包括硫化物、硒化物、磷化物和氧化物。

基于此，中國科學院寧波材料技術與工程研究所黃良鋒和寧波大學辛星(共同通訊)等人在泡沫鎳(NF)表面原位生長制備了具有納米陣列的Mn摻雜磷化鎳鈷(Mn-NiCoP)催化劑，該催化劑展現出了優異的HER和OER性能。

本文在1 M KOH溶液中利用標準的三電極體系對催化劑的OER和HER性能進行了測試。本文首先測試了NiCoP、MnNiCo-CH、Ni₂P、CoP和RuO₂等多種催化劑的OER性能。

測試后發現，在電流密度為100 mA cm^-2時，NiCoP、MnNiCo-CH、Ni₂P、CoP和RuO₂的過電位分別為327 mV、404 mV、324 mV、313 mV、389 mV。對比后發現，Mn-NiCoP催化劑對OER表現出最高的催化活性，即使在高電流密度下，也只需要266 mV，300 mV和318 mV的過電位就可以分別達到100，200，300 mA cm^-2的電流密度，其過電位比其他催化劑要低得多。

此外，與其他報道的金屬磷化物電催化劑相比，Mn-NiCoP催化劑在100 mA cm^-2的電流密度下也具有有競爭力的過電位。Mn-NiCoP除了具有優異的OER性能外，Mn-NiCoP還具有優異的HER性能。具體來說，Mn-NiCoP催化劑僅需148、188和223 mV的過電位即可分別達到100、200和300 mA cm^-2的電流密度，略低于NiCoP催化劑(189、221和249 mV)。

值得注意的是，經過HER測試后，Mn-NiCoP保持了完整的形貌、晶體結構和表面狀態，這表明其在HER過程中具有優越的穩定性。Mn-NiCoP優異的HER和OER活性也促使本文研究人員深入研究其全水解潛力。有趣的是，Mn-NiCoP||Mn-NiCoP電解槽僅需1.62 V和1.69 V的電壓即可分別達到50和100 mA cm^-2電流密度，這優于Pt/C||RuO₂電解槽。

本文的研究和表征結果表明，Mn-NiCoP催化性能的提高可歸因于幾個因素：首先，NiCoP具有本征催化活性，Mn的摻雜可以提高NiCoP的表面化學活性和電子/離子轉移；其次，在OER和HER過程中，NiCoP提供了良好的電子結構以及Mn的摻雜顯著降低了OER反應步驟的能壘，而且納米結構還擴大了活性表面積，促進了氣體擴散，并防止了團聚。

第一性原理計算也揭示了Mn摻雜和Co合金對改進催化劑OER和HER性能的協同化學效應，這一致地解釋了在各種實驗中觀察到的表面狀態和催化性能，以及適量Mn摻雜可以避免其對催化劑HER性能的負面影響。綜上所述，本研究提出了一種有前景的方法來設計摻雜過渡金屬磷化物作為一種高效和穩定的雙功能電催化劑用于全解水。

Mn-doped NiCoP Nanopin Arrays as High-Performance Bifunctional Electrocatalysts for Sustainable Hydrogen Production via Overall Water Splitting, Nano Energy, 2023, DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108679.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108679.

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