文献解读 || AFM II 纳米多孔双金属磷化物@氮化物异质结构阵列实现稳健的整体水分解

文章背景

虽然目前非贵重电解水催化剂的研究已取得重大进展，但能同时高效加速HER和OER动力学的非贵重电解电催化剂很少，导致电解系统复杂且成本高。

大多数双功能催化剂需要≈1.7 V才能提供200 mA cm⁻²的工业级电流密度，镍(Ni)基或钴(Co)基氮化物和磷化体具有优异的类贵金属电催化性能和电子构型，因此对其催化性能的研究较多，而对铁(Fe)基化合物的研究较少。

Fe物种已被证明是Ni或Co基OER催化剂的良好促进剂。因此，将第一排过渡金属氮化物和铁基磷化材料的优点结合到一种双功能催化剂中，同时具有良好的HER和OER活性，目前研究较少。

文章详情

作者报告了一种有前景的双功能非贵金属电催化剂，通过在高导电的氮化钴(Co₂N)支架上原位构建磷化铁(Fe₂P)纳米颗粒，使其表面暴露出丰富的铁位点。

这种多相催化剂在碱大电流密度下表现出优异的析氢和析氧活性，具有极低的过电位，HER和OER分别为74和239 mV，甚至优于许多单功能HER和OER电催化剂。这种混合催化剂只需要131和283 mV的过电位，就可以产生500 mA cm⁻²的HER和OER电流密度。

该异质结构具有较强的催化活性，主要来自于丰富的表面铁位(具有合适的氢吸附自由能ΔGH*)和Fe促进的OER表面氧化物种，这主要是由于Fe₂P和Co₂N在界面上有较强的协同作用制。

结果与讨论

综上所述，作者提出了一种开发多孔Fe₂P/Co₂N异质结构阵列的新策略，该阵列具有丰富的铁活性位点，是一种出色的自支撑双功能催化剂，可用于电化学水分解，在碱中具有非常出色的OER和HER活性。

得益于Fe₂P和Co₂N界面上的强协同作用、表面暴露的大量催化活性铁位点、Co₂N/Ni载体的金属特性和大表面积，Fe₂P/Co₂N电极需要131和283 mV的低过电位能在1M KOH中获得500 mA cm⁻²的电流密度。

此外， Fe₂P/Co₂N在大电流密度下也具有很好的稳定性，在碱性电解液中可保持120 h以上的电催化活性。

Engineering Active Iron Sites on Nanoporous Bimetal Phosphide/Nitride Heterostructure Array Enabling Robust Overall Water Splitting.

DOI：10.1002/adfm.202209465.

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