金属磷化物催化氨硼烷水解析氢

氢气是一种可再生的清洁能源载体，是取代化石能源的一种候选能源。然而在实际应用中，如何实现氢气的安全储存和快速释放是氢能应用于便携式电源和车载燃料电池面临的巨大难题。过渡金属磷化物具有半金属特性，在酸碱环境中较为稳定，同时还具有良好的光、热稳定性，是继过渡金属碳化物和过渡金属氮化物之后出现的一类新型催化材料。近年来，过渡金属磷化物在光/电催化分解水析氢、催化加氢和去氢等反应中表现出与贵金属铂媲美的催化活性，被誉为“准铂催化剂”；过渡金属磷化物也能用于催化氨硼烷的水解，将化学储氢材料氨硼烷中的氢释放出来。

近日，中国科学院理化技术研究所的陈勇研究员（点击查看介绍）和傅文甫研究员（点击查看介绍）团队在双金属磷化物催化氨硼烷分解领域取得了新的进展。得益于金属间的协同作用，Co掺杂的Ni₂P表现出优于单金属磷化物Ni₂P的催化活性。当金属钴与金属镍的摩尔比在1.3:0.7时，反应的TOF值达到58.4 mol (H₂) mol (Ni_0.7Co_1.3P)^-1 min^-1。进一步将Ni_0.7Co_1.3P分散于石墨烯表面后，较高的分散度、较小的颗粒尺寸以及较大的比表面积等优势使反应的TOF值提高至109.4 mol (H₂) mol (Ni_0.7Co_1.3P)^-1 min^-1，领先于目前报道的其他非贵金属催化剂。

他们在Ni₂P中引入不同含量的金属钴，三组分金属磷化物Co-Ni-P的电子结构得到了系统的调控。通过XPS和X射线吸收光谱对金属中心电子结构变化的详细表征，随着Co含量的增加，金属中心到磷元素的电荷转移增强。另外，密度泛函理论证实了三组分金属磷化物Co-Ni-P中电子结构的变化增强了催化剂对氨硼烷分子的吸附，降低了金属磷化物催化氨硼烷水解反应的能垒，氢氧根的存在促进了羟基对氨硼烷分子的亲核进攻，从而使优化后的双金属磷化物在碱性条件下表现出优异的催化氨硼烷水解的性能。

这一成果近期发表在Energy & Environmental Science 上，文章的共同第一作者是中国科学院理化技术研究所的博士研究生侯春朝和西班牙加泰罗尼亚化学研究所的博士研究生李强。

该论文作者为：Chun-Chao Hou, Qiang Li, Chuan-Jun Wang, Cheng-Yun Peng, Qian-Qian Chen, Hui-Fang Ye, Wen-Fu Fu, Chi-Ming Che, Núria López and Yong Chen

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ternary Ni–Co–P nanoparticles as noble-metal-free catalysts to boost the hydrolytic dehydrogenation of ammonia-borane

Energy Environ. Sci., 2017, 10, 1770, DOI: 10.1039/C7EE01553D

导师介绍

陈勇

http://www.x-mol.com/university/faculty/15675

傅文甫

http://www.x-mol.com/university/faculty/15654