Nano Letters 等离子体辅助合成NiCoP用于高效的全解水


引言

为应对日益增长的能源需求,氢能被认为是一种潜在的清洁可再生能源。电解水是最有可能用于产生氢气的方法之一。高效的水的电解需要高活性,地球存量丰富,高稳定性的催化剂。单金属磷化物对于水的分解具有明显的催化作用,比如磷化镍。理论分析表明混合金属磷化物可以进一步提高他们的催化性能。

成果简介

近期,阿卜杜拉国王科技大学(沙特阿拉伯)Husam N. Alshareef 团队首次报道了一种利用PH3等离子体辅助合成NiCoP的方法。他们利用PH3等离子体实现了NiCo-OH向NiCoP的转变, NiCoP生长在泡沫镍基底上,对于电化学析氢(HER)和电化学析氧(OER)都有很强的催化活性。这种方法为合成多金属磷化物提供了新的思路。

图文导读

图1 晶体结构和理论预测

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(a,b)Ni2P和NiCoP的晶体结构;(c,d)Ni2P和NiCoP的电子能带结构;

(e)Ni2P,NiCoP(0001)晶面,Pt(111)晶面对于氢原子吸附的自由能图;(f)水的吸附能。

图2 NiCoP的合成方法和结构表征

figure2

(a)通过水热法在泡沫镍表面生长NiCo-OH的纳米片,然后利用PH3等离子体将NiCo-OH转化为NiCoP;

(b)NiCo-OH,NiCoP的XRD图;(c,d)NiCoP的SEM图;(e)NiCoP的mapping图;

(f,g)NiCoP的低倍和放大TEM图;(h)NiCoP的选区衍射图;(i)NiCoP的HRTEM图(插图:EDX图)。

图3 NiCoP的光电子能谱图

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(a)Ni 2p3/2的能谱图;(b)Co 2p3/2的能谱图;(c)P 2p的能谱图;

图4 HER催化活性

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(a)HER线性扫描伏安曲线;(b)HER对应的塔菲尔曲线;(c)电流密度-10 mA cm-2时稳定性测试;

(d)不同扫描速率下对双电层的影响;(e)极化曲线;(f)H2的TOFs。

图5 OER催化活性

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(a)OER线性扫描伏安曲线;(b)OER对应的塔菲尔曲线;(c)电流密度-10 mA cm-2时稳定性测试;

(d)不同扫描速率下对双电层的影响;(e)极化曲线;(f)O2的TOFs。

图6 电催化全解水

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(a)NiCoP作为阴极和阳极全解水的示意图;(b)0.5 mV s-1扫速时的极化曲线(插图:全解水的光学照片)

(c)不同电流密度下的稳定性测试。

展望

文章报道了一种新的低温合成NiCoP的方法,合成NiCoP在碱性条件下对电化学析氢(HER)和电化学析氧(OER)都具有很好的催化性能。这种方法为合成其他双金属磷化物提供了新的思路,为提高其电化学催化性能及应用提供了新的方法。

文献链接:Plasma-Assisted Synthesis of NiCoP for Efficient Overall Water Splitting. (Nano Lett, 2016, DOI:10.1021/acs.nanolett.6b03803)

 

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