青岛科技大学材料学院李镇江

chandler

CoP具有低价、丰度高、电化学稳定性佳等优点，因此有望成为新型高性能的电催化剂。然而，其电催化性能仍然远远不能满足商业应用的需求，因此仍需进一步提升CoP的电催化活性。有多种方法被开发用于提升CoP的电催化全解水性能。一个是在CoP中掺杂金属元素可以有效地调节电子结构和电子导电性；另外一个是设计独特的纳米结构，尤其是原位生长的方式，有利于CoP电催化性能的增强。

       鉴于此，青岛科技大学的李镇江教授和汪传生教授课题组结合上述的两种方案，在泡沫镍上通过水热-磷化的方法原位生长了一种新型3D海胆状的V掺杂CoP纳米结构，获得了高活性的HER和OER双功能催化剂，同时可以实现高性能电解水。
       本文要点：
       1) 通过水热-磷化的方法可以直接在泡沫镍上原位生长V掺杂的CoP纳米结构，所制备的V掺杂CoP呈现出海胆状纳米阵列结构，并且V的组分是高度可调的。
      2) 经过V掺杂的优化，10%V掺杂量的CoP表现出最优异的电催化性能。在酸性，中性和碱性条件下，10 mA·cm−2的电流密度下的HER过电位分别为73 mV，86 mV和84.6 mV。在碱性条件下，20 mA·cm−2的电流密度下的OER过电位为265.3 mV。用该催化剂组装成全解水电解池，10 mA·cm−2的电流密度下的电解水电压为1.53 V。
       3) 实验和理论分析结果表明，V原子取代了CoP晶格中的钴原子，不仅可以提高费米能级附近的电子态密度，从而提高催化剂的电导率，而且可以优化吸附在CoP上的氢和含氧中间体的自由能，从而提高其催化活性。此外，催化剂的独特纳米结构为电荷转移和反应物/电解质的扩散提供了更短的通道，从而加速了电催化反应动力学。此外，原位生长策略也可以提高催化剂的电导率和稳定性。
       Hongyao Xue, et al. 3D urchin like V-doped CoP in situ grown on nickel foam as bifunctional electrocatalyst for efficient overall water-splitting. Nano Res., https://doi.org/10.1007/s12274-021-3359-2.