第一作者：Ruopeng Li
通訊作者：楊培霞，王博，武剛
通訊單位：哈爾濱工業大學；紐約州立大學布法羅分校
論文速覽
析氫反應（HER）對于通過節能的堿性水電解產H2 具有重要意義，但仍然面臨挑戰。通過整合異 質材料，可以有效設計出有利于水解離（WD）和H-立即參與的吸附/解吸行為的電催化
本研究展示了一種有前途的配置，即將釩氧化物與鈷磷化物平面集成在一起，生長在鎳泡沫上（VOx -CoP/NF），全面提高了堿性HER動力學。摻雜的釩氧化物優先發生WD過程以生成H-中間體。同時，VOx 和CoP之間的相互作用誘導電子重新分布，優化了3d-2p軌道雜化狀態，平衡了H*的吸附強度，以促進氫氣的轉移和富集。
最終，VOx-CoP/NF展現出卓越的堿性HER性能，在10/400 mA cm?2 時的過電位僅為65/245 mV，優于單獨的CoP和大多數代表性的鈷磷化物候選材料。
使用VOx-CoP/NF作為雙功能催化劑組裝的流動陰離子交換膜（AEM）尿素輔助水電解器，實現了令人滿意的性能，驗證了其高效產氫的實用可行性。本研究示范的概念是通過合理構建明確配置來同步優化HER的基本反應步驟動力學，這對于設計HER電催化劑具有指導意義。
圖1 展示了VOx -CoP/NF的合成示意圖；掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；透射電子顯微鏡（TEM）圖像；選區電子衍射（SAED）圖像；高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像；以及高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）和相應的能量色散光譜（EDS）面掃圖像。
圖2 展示了VOx -CoP/NF、VO2 和V箔的V K-edge X射線吸收近邊結構（XANES）光譜和相應的傅里葉變換擴展X射線吸收精細結構（FT-EXAFS）光譜；VOx -CoP/NF、CoP/NF和Co箔的Co K-edge XANES光譜和相應的FT-EXAFS光譜；以及VOx -CoP/NF和CoP/NF的WT-EXAFS圖譜比較。
圖3 展示了VOx-CoP/NF、CoP/NF、Pt-C和NF在1.0 M KOH中的極化曲線；相應的Tafel斜率比較；與最近研究的性能比較；綜合電化學性能雷達圖；VOx -CoP/NF在10和100 mA cm-2 下的計時電位曲線；在AEM系統中運行的尿素輔助電解性能和在100 mA cm-2 下的計時安培曲線。
圖4 展示了VOx -CoP/NF和CoP/NF在恒定電位條件下的電化學FT-IR光譜；電化學處理后的VOx -CoP/NF（紅色）和CoP/NF（藍色）的飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）剖面，插圖顯示了從18.8到19.2的放大信號范圍；VOx -CoP/NF和CoP/NF上H3 O+ 物種的相應2D分布圖像。
圖5 展示了VOx -CoP模型的計算電荷密度差；VOx -CoP和CoP模型的pDOS比較；VOx -CoP和CoP模型的d-p軌道耦合態的示意圖；不同模型/位點的水解離和氫吸附的吉布斯自由能變化的計算；在VOx -CoP候選材料上提出的HER途徑的示意圖。 本研究開發了一種高性能的HER催化劑VOx-CoP/NF，通過配體交換和高溫磷化處理實現。釩氧化物摻雜劑與鈷磷化物平面的有前途的配置，使得催化析氫遵循動力學快速的Volmer-Heyrovsky途徑，賦予了顯著的HER性能，并通過尿素輔助電解實現了節能的氫氣生產。 通過多光譜表征結合DFT計算揭示，摻雜的釩氧化物物種可以有效推動水解離。同時，異質結構介導的吸引人的電子環境確保了催化劑表面H-中間體的動態轉移和覆蓋，從而全面促進了HER動力學。 研究者針對催化配置的目標優化策略可能為設計先進的非貴金屬催化系統提供機制理解。 標題: VOx-doped CoP catalysts with synergistic dual-active configuration for boosting hydrogen evolution kinetics DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.109613
原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/04/16/33c660e171/
