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第一作者：Lili Guo

通訊作者：遲京起，王磊

通訊單位：青島科技大學

論文速覽

設計性能優異的雙功能電催化劑對海水分解析氫反應和析氧反應至關重要。

本研究成功設計了一種具有優異性能的雙功能電催化劑，用于海水分裂中的析氫反應（HER）和析氧反應（OER）。通過磷缺陷（P_v）工程處理的NiCoP（NiCoP_v@NF）展現出在堿性海水溶液中對HER/OER的卓越催化活性和穩定性。磷缺陷降低了表面電氧化重構能壘，促進了晶體向活性氧化物/氫氧化物的局部轉化。

此外，NiCoP_v中的Ni位點和NiCoOOH中的Co位點分別是HER和OER過程的活性位點。在海水電解過程中，原位生成并吸附在催化劑表面的PO₄^3?通過空間排斥作用防止了Cl^–的腐蝕。使用NiCoP_v@NF對的海水陰離子交換膜（AEM）電解槽在高活性（500 mA cm^-2時為2.43 V）和長期耐久性（110小時500 mA cm^-2）方面表現出色。在1.0 M KOH中的AEM電解槽工作效率高達77.0%（100 mA cm^-2），每千克綠色氫氣（GGE H₂）的成本低至0.87美元。

圖文導讀

圖1：NiCoP和NiCoP_v的總態密度（DOS），NiCoP_v的差分電荷密度，以及NiCoP_v@NF的SEM、TEM、HRTEM和SAED圖像。

圖2：NiCoP@NF和NiCoP_v@NF的XRD圖譜，P缺陷形成機制的示意圖。

圖3：在1.0 M KOH中制備的催化劑的HER和OER極化曲線。

圖4：NiCoP_v@NF和NiCoP@NF在不同工作電位下的Bode相位圖，NiCoP_v@NF和NiCoP@NF在不同工作電位下的原位拉曼光譜測量。

圖5：NiCoP_v@NF在不同測試環境中的海水全分解性能，NiCoP_v@NF海水全分解的計時電流曲線，收集的氣體產物（H₂和O₂）與理論值的比較，AEM電解槽的示意圖。

總結展望

本研究在DFT預分析的指導下，制備了具有P缺陷的NiCoP（NiCoP_v@NF），在堿性海水溶液中對HER和OER展現出優異的催化動力學、活性和穩定性。NiCoP_v@NF在兩電極系統中展現出較低的電壓需求和高穩定性。

此外，使用NiCoP_v@NF的海水AEM電解槽在工業條件下實現了高活性（500 mA cm^-2時為2.43 V）和長壽命（110小時500 mA cm^-2）的性能。通過Operando EIS、原位拉曼分析和DFT計算的進一步研究表明，P_v顯著降低了NiCoP_v@NF表面的電氧化重構能壘，從而有效地促進了晶體在OER過程中向活性氧化物/氫氧化物的局部轉化。

此外，堿性海水電解過程中，NiCoP_v中的Ni位點和由相變形成的NiCoOOH中的Co位點分別是HER和OER過程的活性位點，而生成并吸附在催化劑表面的PO₄^3?通過靜電吸引和空間排斥的協同效應防止了海水電解中的Cl^–腐蝕，從而保護電極免受腐蝕。本研究為富含空位的金屬磷化物中HER和OER的機制提供了深入的探索，并為具有優異催化性能和長期耐久性的催化劑的工業設計提供了前景。

文獻信息

標題：Phosphorus Defect Mediated Electron Redistribution to Boost Anion Exchange Membrane-Based Alkaline Seawater Electrolysis

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400975

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/24/38d9d10946/

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