Adv. Mater：Fe-CoP納米陣列-單片多功能高效產氫催化劑

【引言】

電解水反應現在關注度持續升溫，析氧（OER）反應和析氫（HER）反應，是電解水中兩個半反應。起始過電位（η），塔菲爾斜率（Tafel slope）為主要參數。目前已被報道的Co-P雙功能催化劑顯示出較好的催化活性¹，但關于NaBH₄分解產氫卻未曾研究。

【成果簡介】

此前，硼氫化鈉產氫的催化劑主要集中在Co-B^{2, 3}（ESI高被引論文），Co-P-B⁴（ESI高被引論文）和Ni-Co-B⁵（ESI高被引論文）等非貴金屬催化劑上；鉑系催化劑集中在Pt/CeO₂⁶（ESI高被引論文）和Ru/Pd⁷（ESI高被引論文）。

10月31日，Advanced Materials在線發表四川大學化工學院孫旭平教授課題組，題為“Fe-CoP納米陣列：單片多功能高效產氫催化劑”（Fe-Doped CoP Nanoarray: A Monolithic Multifunctional Catalyst for Highly Efficient Hydrogen Generation）的研究論文⁸。本文亮點：在堿性條件下，Fe摻雜Co-P催化劑可應用于HER，OER和NaBH₄分解產氫。

【圖文導讀】

圖1.Fe摻雜Co-P催化劑的水解產氫速率快，活化能為43.4kJ/mol，經過5次循環測試無明顯衰減

a）Ti箔（左）和Fe-CoP/Ti（右）上催化的NaBH₄水解的光學照片。

b）在不同NaBH₄濃度下Fe-CoP/Ti催化的NaBH₄水解（1wt％NaOH）產氣體積圖(1.03mg Fe-CoP，25℃)。

c）在3mL溶液（1wt％NaBH₄和1wt％NaOH）下在不同溫度下，Fe-CoP/Ti催化的NaBH₄水解的氫氣體積對時間的圖（插圖：相應的Arrhenius圖）。

d）在3mL反應溶液(1wt％NaBH₄與1wt％NaOH)中，Fe-CoP/Ti水解NaBH₄的可重復性。

圖2. HER過電位78 mV（10 mA cm^?2）接近Pt/C，OER過電位230 mV（10 mA cm^?2）優于RuO₂。

（a）HER線性掃描伏安曲線 ? ? ?（b）HER對應的塔菲爾斜率；

（c）OER線性掃描伏安曲線 ? ? （d）OER對應的塔菲爾斜率。

圖3. Fe摻雜Co-P納米陣列表征

針狀形貌為Co-P納米線，元素Mapping圖顯示Fe均勻摻雜在納米線表面，Fe-CoP的XPS譜，在712.5和725.3 eV處兩個峰，分別對應Fe2p_3/2和Fe2p_1/2的結合能位置，證實Fe³⁺的存在。

圖3 Fe摻雜Co-P納米陣列的（a）SEM圖，（b）局部放大SEM圖像，（c）元素Mapping分析以及（d）XPS圖譜。

【展望】

這項研究在設計三元或摻雜過渡金屬磷化物納米陣列作為成本低、高效、堅固的多功能材料的應用方面具有參考意義。利用在Ti箔上生長的Fe-CoP納米陣列催化劑顯示優良的電化學水分解的催化性能，在堿性條件下NaBH₄的水解脫氫也呈現了較低的活化能（39.6 kJ mol^-1）。

原文鏈接：Fe-Doped CoP Nanoarray: A Monolithic Multifunctional?Catalyst for Highly Efficient Hydrogen Generation??(Adv. Mater.，2016，DOI:10.1002/adma.201602441)

【孫旭平教授簡介】

孫旭平教授，1997年本科畢業于西華師范大學化學化工學院，2005年于中科院長春應化所獲分析化學博士學位，2008年獲全國百篇優秀博士論文。2006-2009年先后在德國康斯坦茨大學、加拿大多倫多大學及美國普渡大學從事博士后研究工作，2010年1月聘為長春應化所研究員，2011年聘為沙特國王大學兼職教授，2015年10月從應化所全職引入四川大學。目前，已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Nucleic Acids Res.、Chem. Mater.、ACS Catal.、ChemSusChem、Anal. Chem.等刊物發表研究論文260余篇，22篇論文入選ESI數據庫高被引論文，5篇論文入選ESI數據庫熱點論文，2篇論文入選2014年中國百篇最具影響國際學術論文；論文他引6000余次，H-index 49。

參考文獻：

1. Jiang N, You B, Sheng M, Sun Y. Electrodeposited Cobalt-Phosphorous-Derived Films as Competent Bifunctional Catalysts for Overall Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition 2015, 54(21): 6251-6254.被引頻次: 88

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8. Tang C, Zhang R, Lu W, He L, Jiang X, Asiri AM, et al. Fe-Doped CoP Nanoarray: A Monolithic Multifunctional Catalyst for Highly Efficient Hydrogen Generation. Advanced Materials: 2016, DOI: 10.1002/adma.201602441.

本文由材料人新能源學術組 pamperhey 整理。

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