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云南大學(xué)ACS Nano:Fe2P-Co2P/NPC助力高效耐用的AEMWE!

云南大學(xué)ACS Nano:Fe2P-Co2P/NPC助力高效耐用的AEMWE!
陰離子交換膜水電解槽(AEMWE)中的堿性析氫反應(yīng)(HER)是一種很有前途的大規(guī)模工業(yè)制氫氣方法,但由于無法在安培級(jí)電流密度下持續(xù)地在低過電位下操作HER催化劑,嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。
基于此,云南大學(xué)胡廣志教授等人報(bào)道了一種通用配體交換(MOF-on-MOF)調(diào)制策略,并合成了超細(xì)Fe2P和Co2P納米顆粒,錨定在N和P-雙摻雜的碳多孔納米片上(Fe2P-Co2P/NPC)。Fe2P-Co2P/NPC催化劑只需要175 mV的低過電位就能達(dá)到1000 mA cm-2的電流密度。其中,太陽能驅(qū)動(dòng)的水電解系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的穩(wěn)定的太陽能-氫轉(zhuǎn)換效率,達(dá)到20.36%。此外,該催化劑可以在實(shí)際的AEMWE中穩(wěn)定地以1000 mA cm-2的速度運(yùn)行1000 h。
云南大學(xué)ACS Nano:Fe2P-Co2P/NPC助力高效耐用的AEMWE!
VASP解讀
通過DFT計(jì)算,作者研究了Fe2P-Co2P/NPC催化劑的催化機(jī)理。與Fe2P/NPC和Co2P/NPC的電子分別富集在Fe和Co位點(diǎn)不同,F(xiàn)e2P-Co2P/NPC的電子密度通過從Fe和Co原子向P原子的電子流逆轉(zhuǎn)而在P位點(diǎn)重新分布和富集,可能導(dǎo)致氫中間體吸附較弱。Fe2P-Co2P/NPC的界面區(qū)域可以積累大量的電子,有利于反應(yīng)物與Fe2P-Co2P/NPC表面的界面反應(yīng)性。
云南大學(xué)ACS Nano:Fe2P-Co2P/NPC助力高效耐用的AEMWE!
此外,F(xiàn)e2P/NPC、Co2P/NPC和Fe2P-Co2P/NPC的投影態(tài)密度(PDOS)顯示,F(xiàn)e2P/NPC、Co2P/NPC和Fe2P-Co2P/NPC由于適當(dāng)?shù)馁M(fèi)米能級(jí)而表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性。三種體系中Fe2P-Co2P/NPC的費(fèi)米能級(jí)DOS值最高,表明其電導(dǎo)率最大。Fe2P-Co2P/NPC中Fe和Co的d帶中心比Fe2P/NPC中的Fe和Co的d帶中心和Co2P/NPC中的Co的d帶中心離費(fèi)米能級(jí)遠(yuǎn),與中間體的結(jié)合較弱。
結(jié)果表明,經(jīng)過快速配體交換反應(yīng),F(xiàn)e2P-Co2P/NPC比Fe2P/NPC和Co2P/NPC更有效地優(yōu)化了Fe和Ni原子的電子態(tài),顯著提高了其HER催化活性。
云南大學(xué)ACS Nano:Fe2P-Co2P/NPC助力高效耐用的AEMWE!
MOF-on-MOF-Derived Ultrafine Fe2P-Co2P Heterostructures for High-Efficiency and Durable Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers. ACS Nano, 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c09020.

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