科学通报 | 碳量子点键合磷化钴酸镍的全解水反应及其机理

推送链接：科学通报微信公众号推送2024.05.22

原文链接：科学通报 DOI: 10.1360/TB-2023-1007

在“碳中和”愿景下发展清洁低碳、高效全解水制氢技术日益成为全球共识. 磷化钴酸镍(NiCoP)因具有类金属特性有望替代贵金属作为全解水催化剂，但是其表面质子吸附作用较强，与氢氧根离子结合作用较弱，由此降低了其催化活性，延缓了催化反应动力学. 本文通过碳量子点(carbon quantum dots，CQDs)键合NiCoP的方式既能平衡析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)中的质子吸脱附作用，又能调控析氧反应(oxygen evolution reaction，OER)中的含氧中间态吸脱附过程. 当NiCoP表面键合CQDs后，NiCoP的电子向P原子周围富集，并且电子可以通过键合作用转移至CQDs表面，由此引起NiCoP表面电荷重分布，从而增强了反应活性，加快了析氢反应动力学过程. 由于量子点键合作用，Co位点的d带中心(d-band center，εd)从−1.18 eV移至−1.04 eV，平衡了催化剂对含氧中间态的吸脱附作用，提高了析氧反应速率. P-Ni和P-Co的键长收缩抑制了催化剂自身的原子浸出和表面氧化，增强了催化剂稳定性. 在10 mA cm−2电流密度下，析氧反应过电位为250 mV，析氢反应过电位为101 mV，组装成的对称型全解水器件的电解电位为1.56 V，比贵金属电解槽Pt||RuO2低80 mV. 在14 h的持续电解后电解槽的电流密度保持率为92.18%. 因此，当CQDs键合NiCoP后能够在电催化全解水反应中同时保持高催化活性和长期稳定性.

向老一辈科学家致敬！