記者從中科院合肥物質(zhì)科學研究院獲悉，該院固體所納米材料與器件技術研究部孟國文研究員課題組與合作者合作，通過優(yōu)化設計與精準調(diào)控，在碳纖維布電極上原位生長制備了單分散、超小尺寸過渡金屬磷化物納米晶均勻負載的氮摻雜碳分級納米片陣列，該自支撐催化劑具有優(yōu)異的電催化析氫反應和析氧反應雙功能催化性能，實現(xiàn)了高效全電解水制氫。相關研究結(jié)果日前發(fā)表在《化學工程雜志》上。

電催化分解水技術被認為是一種綠色、清潔、可持續(xù)的制氫方法。然而，電解水過程的析氫反應和析氧反應兩個反應過電位大、能耗高，需要高效催化劑。貴金屬鉑和銥釕氧化物是目前性能最優(yōu)的析氫反應和析氧反應催化劑，但其高成本制約了其規(guī)?；褂谩Ａ硗?，目前的研究主要集中在開發(fā)針對析氫反應或析氧反應的單功能催化劑，在實際應用中需設計兩種不同類型的催化劑，這無疑增加了電解水設備的復雜性。因此，研發(fā)高活性、低成本的新型雙功能催化劑是實現(xiàn)高效電解水制氫的關鍵。

研究人員在碳纖維布電極上原位生長鈷鋅基金屬有機框架納米片陣列前驅(qū)體，后利用鎳離子刻蝕的方法合成三元過渡金屬層狀雙氫氧化物超薄納米片組成的分級納米片中間體，最后通過可控磷化反應，構(gòu)筑了氮摻雜碳分級納米片組成的復合結(jié)構(gòu)催化劑。研究表明，該復合結(jié)構(gòu)催化劑呈現(xiàn)出超高的雙功能催化性能。析氫反應中，其性能接近商業(yè)化鉑碳催化劑;析氧反應中，性能遠超商業(yè)化二氧化銥;在全電解水時，表現(xiàn)出良好的長期穩(wěn)定性，且這種過渡金屬基催化劑的制備成本遠低于商業(yè)化貴金屬催化劑。

該催化劑制備方法具有合成工藝簡單、成本低、可實現(xiàn)規(guī)?；苽涞葍?yōu)點，為研發(fā)高效、廉價、穩(wěn)定的全電解水催化劑提供了新思路，在高效電解水綠色制氫領域具有良好的應用前景。(記者 吳長鋒)