蘇州納米所開發(fā)出高性能HER和ORR非貴金屬催化劑

  隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加劇，開發(fā)新型的清潔能源刻不容緩。其中涉及電化學(xué)過程的析氫反應(yīng)（HER）和氧還原反應(yīng)（ORR）是兩種最具實(shí)際應(yīng)用前景的能源轉(zhuǎn)換和存儲方式。因此，設(shè)計(jì)高性能的HER和ORR的電催化劑對提高電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換和存儲性能尤為重要。目前，Pt及其合金是HER和ORR電催化活性最高的催化劑之一，然而其低儲量和高成本大大限制了Pt的實(shí)際應(yīng)用，因此開發(fā)高性能的HER和ORR非貴金屬催化劑就顯得十分重要。

　　近來，諸多研究發(fā)現(xiàn)，過渡金屬磷化物具有突出的電催化性能。然而這些材料多局限于一維的納米顆粒和二維的納米線，使得其在大電流下以及長期的使用中穩(wěn)定性很差。為了解決這一問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員王強(qiáng)斌課題組合成出海膽狀磷化鈷（CoP）納米晶，可以同時(shí)用作HER和ORR電催化劑。研究表明，該材料在0.5MH₂SO₄中表現(xiàn)出突出的HER電催化性能：其起始過電勢約為50mV，塔菲爾斜率為46 mV/dec，在電流密度為100 mA/cm^-2時(shí)，其過電勢僅為180 mV。此性能優(yōu)于絕大多數(shù)過渡金屬磷化物、氮化物以及碳化物。此外，即使經(jīng)過10000個(gè)CV循環(huán)和30000s的長時(shí)間連續(xù)測試，其催化活性沒有任何下降，彰顯出其超強(qiáng)的穩(wěn)定性。另外，研究還發(fā)現(xiàn)，該材料在0.1M KOH中展現(xiàn)出了優(yōu)越的ORR電催化性能和穩(wěn)定性。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在：Nano Lett. 2015, 15, 7616 −7620。

　　該研究工作得到了國家杰出青年基金資助。

圖1 左圖為海膽狀磷化鈷的電鏡照片，右圖為其HER性能數(shù)據(jù)（插圖為極化曲線）

圖2 磷化鈷的ORR性能圖