文献解读 || AFM II Ce掺杂CoP@Ni3P相互作用协同活化大电流密度下高效水裂解

文章背景

为了提高电解效率，工业电解槽通常在20-40 wt% KOH电解质中工作，并将温度提高到40-80°C。工业级阴极必须暴露出足够有效的催化位点，快速的电荷(质量)传递速率，以及足够的粘附力来承受剧烈的气泡。

Ce等稀土元素和相应的CeO₂作为活化剂修饰电催化剂的电子结构具有良好的前景。Ce³⁺/Ce⁴⁺的电子结构促进了电子转移，显著降低了水解离能垒。

磷化钴由于其高电子导电性和柔性电子性能，在能量转换应用中引起了广泛的关注。此外，三元棱镜结构以及共价和离子Co-P键的结合有助于提高本征催化活性和稳定性因此，用Ce掺杂CoP，用改性的Ni3P@NF载体促进杂化相互作用，可能有效地增强和激活CoP电子结构，改善HER动力学。

文章详情

作者利用Ce掺杂和CoP/Ni₃P杂化的协同激活，构建了适用于大电流密度的Ce_0.2-CoP/Ni₃P@NF阴极。协同活化提高了质/电荷转移的催化活性面积和电子电导率，并降低了水分解动力学的能量障碍。

Ce_0.2-CoP/Ni₃P@ NF在η500 =−185 mV和η1000 =−225 mV的超低过电位下可提供−500和−1000 mA cm⁻²电流密度，并具有长期稳定性。Ni₃P@NF衬底提供了一个良好的粗糙导电表面，以坚固地支持有源组分(CoP)，并调节CoP与Ni3P之间的电子相互作用。

Ce掺杂进一步重新分配了CoP/Ni₃P@NF中局部电子态的电荷。结果表明，Ce掺杂引起的CoP/Ni3P电子相互作用和电荷重分布协同激活了CoP，使d带中心(εd =−2.0 eV)远离费米能级，从而降低了H*解吸和H2O解离能垒。

结果与讨论

综上所述，作者设计了高效稳定的大电流密度碱性水裂解阴极Ce_0.2-CoP/Ni₃P@NF。Ce掺杂和CoP/Ni₃P杂化的协同活化增强了质荷转移，降低了能垒，改善了HER动力学。

使用Ce_0.2-CoP/Ni₃P@NF阴极的碱性电解槽仅需要1.775 V电池电压即可提供500 mA cm⁻²电流密度，并且在准工业条件下(50°C, 25 wt% KOH)超过200小时的衰减程度较小。

XPS和DFT计算证实，Ce掺杂和CoP/Ni₃P杂化电子相互作用的电荷再分配协同激活了电子结构，使d带中心(εd =−2.0 eV)向H*解吸有利位置移动，降低了H₂O解离能垒(ΔGTS2 = 1.09 eV)。

本工作为设计大电流密度适用能量转换材料提供了一种新的策略，并实现了一种有前景的准工业碱性电解槽。

The Synergistic Activation of Ce-Doping and CoP/Ni₃P Hybrid Interaction for Efficient Water Splitting at Large-Current-Density.

DOI：10.1002/adfm.202212381.

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