近日，我校工學(xué)院材料工程系陳光良教授（第一作者兼通訊作者）以我校為第一單位在材料科學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊《Carbon Energy》（中科院一區(qū)TOP，IF：20.5）上，發(fā)表題為“Yttrium‐ and nitrogen‐doped NiCo phosphide nanosheets for high‐efficiency water electrolysis”的研究文章。

　　氫能在過去的幾十年里受到人們越來越多的關(guān)注。氫能在應(yīng)用過程中具有熱值高、零污染、效率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的能源載體。目前，利用可再生能源進(jìn)行電解水分解被認(rèn)為是清潔能源轉(zhuǎn)換和儲存的最有效方法之一，可為氫燃料電池、實(shí)驗(yàn)室、化工合成提供高純度氫氣（H2）。電催化水分解的主要挑戰(zhàn)在于設(shè)計(jì)高效的電催化劑，用于降低析氧反應(yīng)（OER）和析氫反應(yīng)（HER）的高過電位，從而加快反應(yīng)速度，降低能耗。盡管貴金屬鉑（Pt）和釕/銥（Ru/Ir）基催化劑仍分別是HER和OER最有效的電催化劑，但它們的稀缺性和高成本極大地限制了其商業(yè)應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)豐富、低成本、高效和穩(wěn)定的非貴金屬電催化劑對于開發(fā)H2能源至關(guān)重要。

　　針對以上難題，陳光良教授團(tuán)隊(duì)首次提出一種利用微量稀土金屬釔（Y）和等離子體處理來提高堿性電解條件下的電催化活性和穩(wěn)定性的新方法。該方法首先通過介質(zhì)阻擋放電（DBD）等離子體對鎳鈷合金泡沫（NCF）進(jìn)行改性，在NCF表面形成微觀納米缺陷；然后在等離子體處理過的NCF（PNCF）表面原位水熱生長出光滑的釔摻雜鎳鈷層狀雙氫氧化物納米片（YNiCo LDH/PNCF）；最后，在氮?dú)庵欣蒙漕l等離子體進(jìn)行磷化處理，得到釔和氮摻雜磷化鎳鈷納米片狀電催化劑（N-YNiCoP/PNCF）。得到的N-YNiCoP/PNCF具有較大的比表面積、豐富的異質(zhì)界面和優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)，在1M KOH電解液中的HER（331 mV vs. 2000 mA cm-2）和OER（464 mV vs. 2000 mA cm-2）反應(yīng)中具有較高的電催化活性。X射線吸收光譜（XAS）和DFT量子化學(xué)計(jì)算表明，隨著Y原子的加入，CoNi的配位數(shù)減少，從而使Ni離子和Co離子的鍵更短，實(shí)現(xiàn)了N-YNiCoP在模擬工業(yè)條件下HER和OER反應(yīng)中的長運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，等離子體N摻雜形成的CoN-YP5異質(zhì)面是整個水分裂的活性中心。這項(xiàng)工作拓展了稀土元素在雙功能電催化劑中的應(yīng)用，為可再生能源領(lǐng)域設(shè)計(jì)高性能過渡金屬基催化劑開辟了新方向。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1002/cey2.522

　　通訊員：張群