中國科學院理化技術研究所：金屬磷化物催化氨硼烷水解放氫研究獲進展

【成果簡介】

近期，中國科學院理化技術研究所光化學轉換與合成研究中心金屬有機光化學研究人員通過引入不同含量的金屬鈷，系統調控三組分金屬磷化物Co-Ni-P的電子結構，促進金屬中心到磷元素的電荷轉移，增強催化劑與氨硼烷分子作用，同時調控水分子中羥基對氨硼烷分子親核進攻，使氨硼烷水解放氫速率大幅提升。研究人員與西班牙加泰羅尼亞化學研究所教授Nuria López合作，從理論上對催化反應機理進行了詳細研究。相關研究結果以題為“Ternary Ni-Co-P nanoparticles as noble-metal-free catalysts to boost the hydrolytic dehydrogenation of ammonia-borane”發表在國際能源環境領域期刊Energy & Environmental Science上。

【圖文導讀】

圖1 性能表征

（a）制備的Ni₇Co_1.3P納米粒子的TEM圖。

（b）制備的Ni_0.7Co_1.3P納米粒子的放大TEM圖。

（c）尺寸分布圖。

（d）Ni_0.7Co_1.3P的HRTEM圖像。

（e）Ni_0.7Co_1.3P的晶格間距。

（f）（d）中相應區域的FFT圖案。

（g）Ni_0.7Co_1.3P中Co，Ni和P對應的EDX元素映射

圖2 性能表征

（a）Ni₇Co_1.3P / GO分散在水中的照片。

（b）XRD。

（c）GO和（d）Ni_0.7Co_1.3P / GO納米混合物的TEM圖像。

（e）Ni_0.7Co_1.3P / GO的放大TEM圖。

（g）Ni_0.7Co_1.3P / GO的HRTEM圖。

（f）尺寸分布。

（h）單個NPs。

（i）（h）中相應區域的FFT模式。

（j）晶格間距。

【研究內容】

過渡金屬磷化物具有半金屬特性，在酸堿環境中穩定，同時也有很好的光、熱穩定性，是繼過渡金屬碳化物和過渡金屬氮化物之后出現的一類新型催化材料，在光/電催化分解水產氫、催化加氫和脫氫等反應中表現出與貴金屬鉑媲美的催化活性，被譽為“準鉑催化劑”。

中國科學院理化技術研究所光化學轉換與合成研究中心金屬有機光化學研究組多年來致力于過渡金屬化合物的制備與光/電催化性質研究。研究人員嘗試將過渡金屬磷化物作為助催化劑引入光催化反應體系中，構建了高效的硫化鎘/磷化物光催化分解水產氫體系，產氫速率最高達到200 mmol·h^-1·g^-1。在此基礎上，利用過渡金屬磷化物作為前體，表面原位氧化生成的金屬氧化物/氫氧化物作為催化中心，實現了高效的電催化分解水產氧。至今，已在Chem. Commun.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Appl. Catal. B: Environ.、J. Mater. Chem. A?等期刊發表磷化物催化水分解學術論文8篇。研究還表明，過渡金屬磷化物也能用于催化化學儲氫材料氨硼烷的水解反應，快速將氨硼烷中的氫氣釋放出來，室溫下放氫速率達到TOF=40.2 mol(H₂)?mol(Ni₂P)^?-1min^-1。

該工作得到科技部國家重點基礎研究計劃（973計劃）、中科院戰略性先導科技專項（B類）和百人計劃（A類）以及國家自然科學基金委的大力支持。

原文鏈接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/2017911521953844756.shtm

文獻鏈接：Ternary Ni-Co-P nanoparticles as noble-metal-free catalysts to boost the hydrolytic dehydrogenation of ammonia-borane?(Energy Environ. Sci., 2017, DOI:10.1039/C7EE01553D)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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