Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems-Shichun Mu's group

氢能作为一种高效的清洁能源，在人类努力实现全球碳中和的过程中将发挥重要作用。由绿色能源系统提供动力的电催化水分解是一种高效且可持续的制氢途径。然而，由于几乎没有催化剂能在安培级电流密度下保持持久的活性，严重推迟了电解水技术的工业部署。因此，迫切需要构建具有高效稳定的催化剂结构，从而满足在工业规模的大电流密度下持续产氢。

文章简介

近日，来自武汉理工大学的木士春教授团队在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems”的观点文章。该观点文章表明，通过对微观结构进行动态调控，获得的NiCoP催化材料具有特殊的从3D泡沫镍基板、2D纳米片到1D纳米针的多尺度层次结构，能够实现出色的安培级水分解制氢。

本文要点

要点一：DFT理论计算（图1）表明，双金属磷化物NiCoP具有优化的ΔGH*、良好的H₂O吸附和合适的电子/能带结构，有望成为有效的HER催化剂。

图1. DFT计算。

要点二：通过水热磷化策略实现对NiCoP微观结构的进一步动态调控，在120℃水热温度下获得的NiCoP-120呈现出独特的多尺度层次结构，集3D-泡沫镍基板、2D-纳米片和1D-纳米针于一体（图2）。

图2. 结构表征。

要点三：独特的多尺度层次结构丰富了电化学活性表面积，加速了电子传递，非常有利于电解质的渗透和H2、O₂的快速释放，从而同时具备优异的HER（128 mV @100 mA cm^-2）和OER（321 mV @100 mA cm^-2）性能，保证了电极在大电流水分解过程中的活性和稳定性（图3）。

图3. 性能测试。

要点四：NiCoP作为双功能催化剂展现的优异大电流全水解性能（1.981V@1A cm^-2，稳定运行达600h）以及太阳能、风能、热能、锂电池等绿色能源制氢系统的成功示范，进一步为电解水技术的大规模实际应用提供了更多应用场景（图4）。

图4. 多场景绿色能源制氢系统演示。

文章链接

Multiscale hierarchical structured NiCoP enabling Ampere-level water splitting for multi-scenarios green energy-to-hydrogen systems

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202300499.

通讯作者简介

木士春教授 简介：武汉理工大学首席教授，博士生导师，国家级高层次人才。长期致力于质子交换膜燃电池和电解水催化剂研究。以第一作者或通讯作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.等国内外期刊上发表260余篇高质量学术论文。

第一作者简介

陈钉，武汉理工大学木士春教授课题组2021级博士研究生，主要研究方向为催化剂的设计合成与催化机制。目前以第一作者在Angew. Chem., Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、ACS Catal.、ACS Energy Lett.、Nano Energy、InfoMat等期刊上发表10余篇高质量学术论文。