通訊作者：張超研究員、劉天西教授
通訊單位：東華大學
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高活性雙功能電催化劑的開發是當前電解水領域的研究熱點之一。在眾多雙功能電催化劑中，過渡金屬磷化物（TMPs）是具有低成本和地球儲量豐富的優點，是Pt基電催化劑的有前景的替代品，在氧還原反應（ORR）和析氫反應（HER）中表現出優異的電化學性能。
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然而，納米結構的TMP催化劑容易發生的嚴重且不可避免的團聚，活性位點數量減少和電子/離子轉運路徑阻斷，從而導致催化活性降低。此外，制備TMP的方法通常基于使用具有毒性的無機或有機磷作為磷源的溶液或氣相磷化反應，迫切需要綠色和有效的替代品。因此，開發一種通用且可持續的方法來制備高催化性能的TMP異質結構具有重要意義，這仍然是一個巨大的挑戰。
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近日，東華大學的劉天西教授和張超研究員報道了雙功能電催化劑的最新研究成果。采用自模板碳化方法，使用Zn/M雙金屬凝膠為前驅體（M=Co，Fe，Ni等）合成負載在氮/磷雙摻雜碳的金屬磷化物準氣凝膠電催化劑（TMP@NPCA）。
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在自模板碳化過程中，雙金屬凝膠前驅體的Zn離子在TMP@NPCA催化劑中同時促進碳化和活化過程，而M離子形成磷化物納米顆粒。由于在NPCA的3D導電骨架內高度暴露了TMP納米顆粒的電化學活性位點，所獲得的TMP@NPCA催化劑表現出卓越的ORR/HER雙功能電催化活性，同時具有優異的穩定性。
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圖1 催化劑合成示意圖及形貌結構表征
圖2 CoP@NPCA催化劑形貌結構表征
圖3 CoP@NPCA催化劑拉曼光譜及XPS圖
圖4 FeP@NPCA 和 Ni2P@NPCA催化劑形貌結構表征
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圖5 CoP@NPCA催化劑電化學性能表征
圖6 CoP@NPCA催化劑用于Zn-空氣電池性能表征
本文采用自模板碳化法，以Zn/M雙金屬凝膠為前驅體，制備了負載在氮/磷雙摻雜碳的金屬磷化物準氣凝膠電催化劑（TMP@NPCA）。3D高導電性的碳骨架和充分暴露的電化學活性位點，是該催化劑優異ORR和HER性能的關鍵。
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這項工作提供了一次有效的嘗試，通過自我模板碳化策略使用BMOG前驅體制備各種異質結構的TMP/碳類氣凝膠電催化劑，并為開發用于可持續能量轉換的高效雙功能電催化劑開辟了新的道路。
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Self‐Templated Conversion of Metallogel into Heterostructured TMP@Carbon Quasiaerogels Boosting Bifunctional Electrocatalysis
(Advanced Functional Materials，2019，DOI: 10.1002/adfm.201903660)
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201903660
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