20世纪以来,随着能源需求增加,开发新型绿色能源变得迫切。氢能因其绿色、持续和高效的特点,逐渐受到关注。电解水制氢技术通过电解分解水产生氢气和氧气,具备无污染、低能耗和高效益等优点,是氢能制备的重要方法之一。尽管如此,析氧反应(OER)中的四电子转移过程是限速步骤,严重影响水分解的效率。




通过X射线衍射(XRD)谱图表征,图1a证实了Co2P/WO3-x的成功合成。扫描电子显微镜(SEM)显示,Co2P/WO3-x样品均匀分布在CC上,并呈现独特的花状结构(图1b、1c)。通过透射电子显微镜(TEM)观察表明Co2P/WO3-x纳米花由许多纳米片组成。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图(图1e)显示WO3与Co2P之间有明显的界面,表明形成了异质结构。绿色虚线圈中无明显晶格条纹,表明缺陷的形成。电子顺磁共振(EPR)表征显示,Co2P/WO3-x的峰面积大于WO3,表明具有氧空位,有利于暴露活性位点(图1f)。元素映射图(EDS)表明Co、W、O、P元素在催化剂表面均匀分布(图1g)。
为了评估催化剂的电催化性能,在1 M KOH溶液中进行了测试。与WO3/CC、Co2P、IrO2、WO3-x/CC和Co-WO3/CC相比,Co2P/WO3-x/CC展现出最佳电催化性能(图3a),在254 mV时即可实现10 mA cm-2的电流密度(图3b),Tafel斜率仅为58.32 mV dec-1(图3c)。其电化学阻抗较小(图3d),表明电荷转移阻力小。具有较大的电化学活性表面积(图3f),有利于暴露更多的活性位点。在经历2000次循环和100小时稳定性测试后(图4a、4b),催化剂活性催化剂活性没有明显下降,证明其良好的稳定性。
林健健课题组通过简单三步法合成了Co2P/WO3-x/CC电催化剂,展示出优异的OER性能。其性能良好主要归因于:1. 异质结构促进离子间相互作用,缩短电荷通道,有利于电子快速转移;2. 具有氧空位,增加了活性位点的暴露;3. 花状结构提高了电化学活性表面积和支撑性,利于析氧动力学和稳定性。本研究为制备具有异质界面和氧空位的高效非贵金属OER电催化剂提供了可行策略。
Hui Guo, Lu Pan, Huimin Jiang, Mengyou Gao, Hong Wang, Aslam Khan, Nasir A. Siddiqui, Jianjian Lin
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202402907