【催化】郑州大学臧双全团队Adv Mater：氮磷双掺杂多孔碳包覆磷化亚铜复合材料HER和ORR双功能催化剂
析氢反应（HER）和氧还原反应（ORR）是构建可持续发展的氢能源社会的两个至关重要的化学反应过程，前者涉及氢气的生产制备过程而后者涉及到燃料电池等电化学反应的关键反应过程。目前，成熟高效的催化剂主要集中于铂（Pt）及其合金等贵金属催化剂，开发高性能、低成本的非贵金属基析氢及氧还原催化剂一直存在着挑战。近些年，过渡金属磷化物类催化剂在这方面展现出重大潜力，但是其研究主要集中在铁、钴、镍、钼基磷化物上。磷化铜（Cu3P）及其复合材料在该方面的研究还比较欠缺。此外，金属有机框架材料（MOFs）是近年来发展迅猛的一种金属离子和有机配体通过配位组装构筑的晶态多孔材料。以MOFs为前驱体或自牺牲模板通过热解处理制备金属化合物与多孔碳基复合材料逐渐受到科学家的广泛关注。通过合理地选用由包含更多杂原子（如：氮、磷、硫等）的混合配体构筑的MOFs为前驱体来制备高效的复合型催化剂是目前一个非常重要的研究方向。
图1. Cu3P@NPPC复合材料作为析氢和氧还原反应双功能电催化剂。
近期，郑州大学臧双全教授课题组结合以上两个方面在合成高效复合型能源转换催化剂的研究中取得了新的进展。不同于常见的ZIF-8/ZIF-67、MOF-5、HKUST-1、MIL-101等由单一配体构筑而成的金属有机框架前驱体，他们选用一种氮磷双杂原子混配型铜基金属-有机框架材料（Cu-NPMOF）作为一种单源前驱体通过煅烧及磷化制备了一种新型的氮、磷共掺杂分级多孔碳包覆磷化亚铜（Cu3P）纳米颗粒复合型电催化产氢及氧还原双功能催化剂（Cu3P@NPPC）。得益于氮、磷掺杂碳基质的多级孔结构以及与磷化亚铜纳米颗粒的协同催化作用，该催化剂在酸性电解质溶液中（0.5 M H2SO4）表现出突出的HER电催化性能（在电流密度为10 mA cm-2 时，过电位为89 mV，塔菲尔斜率为76 mv dec-1），析氢效果超过大部分已经报道的过渡金属磷化物材料。同时，研究还发现，该复合型催化剂在碱性电解质溶液中也表现出了优越的ORR电催化性能（氧气饱和的0.1 M氢氧化钾溶液中，氧还原半波电位为0.78 V，极限扩散电流为5.57 mA cm-2），而且无论在电催化析氢反应还是氧还原反应中均表现出优异的稳定性。
图2. Cu3P@NPPC复合催化剂的制备流程。
图3. 不同材料的极化曲线。
这一成果近期已在线发表于Advanced Materials 上，郑州大学博士王锐和河南理工大学博士董喜燕为共同第一作者。
该论文作者为：Rui Wang, Xi-Yan Dong, Jiao Du, Jin-Yan Zhao, and Shuang-Quan Zang
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
MOF-Derived Bifunctional Cu3P Nanoparticles Coated by a N,P-Codoped Carbon Shell for Hydrogen Evolution and Oxygen Reduction
Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201703711
导师简介
臧双全教授，郑州大学博士生导师，河南省特聘教授。2006年7月获南京大学理学博士学位（配位化学国家重点实验室，导师孟庆金教授），2006.8-2008.8于香港中文大学化学系麦松威院士课题组从事博士后研究工作。现任郑州大学化学与分子工程学院教授，博士研究生导师。主要研究方向是货币金属（Cu、Ag、Au）团簇化学及MOF材料。以通讯作者在研究领域内的包括Nature Chemistry、J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Mater.、Coord. Chem. Rev. 等权威化学、材料类期刊发表SCI论文90余篇。发表的代表性论文被国际著名刊物Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. ed. 等引用3000余次，H-index = 35。
http://www.x-mol.com/university/faculty/14698
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