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?青科大/石大AFM：界面電子相互作用立大功，促進富磷PtP2/CoP異質結構催化海水電解

氫氣(H₂)是一種綠色和高能量密度的能源載體，被認為是化石燃料的潛在替代品。通過電解水生產H₂是一種有前途和可持續的方法。然而，該方法需要高效的催化劑來減少水分解過程中的過電位，加速反應動力學。

目前，鉑(Pt)由于其優良的動力學，被認為是一個重要的工業水分解電催化劑。但Pt的稀缺性和高成本嚴重限制了其大規模應用。近年來，人們致力于提高Pt的利用率和減少Pt在催化劑中的含量，例如在Pt中摻入其他元素構建Pt化合物以及Pt基組分在載體上的分散可以提高利用效率并促進這些材料的廣泛使用。

近日，青島科技大學王磊、中國石油大學(華東)柴永明和董斌等通過簡單的水熱處理和低溫磷化工藝制備了具有結晶CoP微花和高分散PtP₂顆粒的異質結構電催化劑(PtP₂/CoP)，其表現出優異的水分解活性。

理論計算表明，PtP₂/CoP催化劑具有豐富的P位點和較強的界面電子相互作用。其中，由于P位點電子具有較強的電負性，其在P位點的富集促進了反應中間體的吸附行為；同時，異質結界面區域強烈的電子相互作用對電子結構具有顯著的調控作用，其與P位點協同，有效降低了反應能壘并加速反應動力學。此外，該催化劑表面具有超親水性和疏氣性，有利于反應過程中的物質傳遞。

因此，在堿性溶液中，所制備的PtP₂/CoP催化劑在100 mA cm^?2電流密度下的OER和HER過電位分別為298和101 mV；在堿性海水電解質中，該催化劑分別僅需108和330 mV的HER和OER過電位就能達到100 mA cm^?2的電流密度。此外，利用PtP₂/CoP分別作為陽極和陰極的水電解槽僅需1.63 V的電池電壓就能達到100 mA cm^?2的電流密度，并且其能夠進行20小時的穩定高效水電解，表現出良好的耐久性。

綜上，該項研究不僅加深了對雙功能電催化劑中含Pt化合物與載體相互作用的理解，也為設計高效貴金屬基磷化物/過渡金屬磷化物復合材料劑提供了有價值的指導。

Unique CoP microflower decorated with Phosphorous-Enriched PtP₂ onto nickel foam with interfacial electronic interactions to boost alkaline water-splitting. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202313935

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