在TiN纳米线阵列上Ni掺杂非晶磷化铁纳米粒子用于碱性氢析出电催化剂

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虽然电化学析氢反应（HER）是一种潜在的用来储存风能，太阳能和其他可再生资源的能量的策略。然而，催化剂通常表现出缓慢的动力学，导致高过电位和高能量消耗。但是Pt被认为是HER中最好的电催化剂之一，其催化活性在碱性介质中比酸性介质低约两个数量级，但由于成本高昂，广泛的商业应用受到阻碍。因此，如何增强过渡金属基催化剂的缓慢动力学是一个挑战。纳米粒子是有希望的电催化候选者，因为与其他形态相比，其暴露出大量的活性位点。然而，纳米颗粒遭受缓慢的电子传输并且易于从改性的玻碳电极分离，从而导致性能不是最佳的。因此，期望构建具有纳米颗粒的混合结构，所述纳米颗粒牢固地附着在高导电性和阵列结构的支架上，以利用大的表面积以及快速的电荷传输。

今日，在香港城市大学朱剑豪教授和武汉理工大学Xiang Peng团队的带领下，与华中科技大学和香港理工大学合作，设计了由Ni掺杂的无定形FeP纳米颗粒，多孔TiN纳米线和石墨碳纤维（Ni-FeP/TiN/CC）组装的分层结构的分步策略。用Ni离子等离子注入FeP/TiN/CC复合物以改变电子结构并产生非晶表面。首次实现了Ni离子注入同时掺杂和非晶化FeP以增强HER活性。在碳布上生长的柔性且独立的Ni-FeP/TiN/CC催化剂可直接用作碱性介质中HER的电极，在10 mA cm-2的阴极电流密度下产生75 mV的低过电位，其塔菲尔斜率接近商用Pt/C催化剂，连续工作10h，电流密度几乎恒定，显示出其长寿命和稳定性。卓越的HER活性归因于Ni掺杂的FeP纳米颗粒，活性非晶表面以及导电纳米线支架中的Ni和Fe原子的组合效应，其暴露大量活性位点，提高电荷转移效率，并防止催化剂迁移和团聚。相关成果以题为“Ni-Doped Amorphous Iron Phosphide Nanoparticles on TiN Nanowire Arrays: An Advanced Alkaline Hydrogen Evolution Electrocatalyst”发表在了Nano Energy上。