【eScience研究论文】南开大学焦丽芳团队：镍钼基磷化物异质界面设计用于高效电解水制氢及尿素氧化

1. 制备的Ni₂P/NiMoP仅需22 mV的析氢过电位即可达到10 mA cm^-2的电流密度；达到500 mA cm^-2过电位仅176 mV,显著优于Pt/C催化剂的337 mV。

2. 该催化剂具有优异的稳定性，可在500 mA cm^-2的HER和UOR电流密度下稳定工作十几小时。

3. 使用Ni₂P/NiMoP实现阴极产氢和阳极尿素氧化的电解槽在获得10 mA cm^-2的电流时仅需1.35 V的电压。

氢能具有来源广泛、清洁、能量密度高（142 MJ kg^-1）等特点，被认为人类的终极能源载体，也是能源和环保升级的重要途径。电催化水分解产氢具有工艺简单，生产过程中无污染，生产氢气纯度高等特点，符合可持续绿色发展的需要。然而，电解水制氢受限于阳极水氧化反应（OER）的缓慢动力学，使得该过程具有较大的过电位，严重降低了效率，增加了电解水产氢的能耗和成本。研究发现，利用更易氧化的阳极反应取代OER，对于降低水分解产氢所需的电位和整体能源成本具有非常重要的意义。近年来，水合肼、甲醇、乙醇、甘油和尿素等化合物的电催化阳极氧化反应得到了发展。尤其是尿素氧化反应（UOR）具有低的理论分解电压0.37 V，远低于水氧化电位1.23 V。尿素氧化反应不仅可以更高效节能的辅助HER产生氢气，而且可以消除污水中的尿素含量，实现废水的净化。

南开大学焦丽芳教授团队制备了Ni₂P/NiMoP异质结构催化剂，异质界面的构建能够诱导电荷的重新分布，优化电子结构，改变催化剂对中间产物的吸附性能，从而提高催化剂的催化性能。采用该材料作为双功能催化剂进行尿素辅助水电解，仅需要1.35 V的电压即可达到10 mA cm^-2的电流密度，远低于水电解电压（1.50 V），同时具有长达80 h的稳定性。

图1. Ni₂P/NiMoP的制备及形貌表征

图2. Ni₂P/NiMoP的两电极电解水性能

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Ni₂P/NiMoP heterostructure as a bifunctional electrocatalyst for energy-saving hydrogen production

T.Z. Wang, X.J. Cao, L.F. Jiao*

eScience, 2021. DOI: 10.1016/j.esci.2021.09.002

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通讯作者     焦丽芳

南开大学教授，博士生导师

主要研究方向为：新能源材料的储存与转化研究（包括：锂离子电池、钠离子电池及电催化制氢）。2020年获国家基金委杰出青年基金资助，2019年获天津市自然科学一等奖（第一完成人），2016年获国家基金委优秀青年基金资助。以课题负责人身份主持国家863项目、国家自然科学基金，省部级科学基金等12项科研课题；在Angew.Chem. Int. Ed.,Chem. Soc. Rev.,Adv.Mater.,Adv. Energy Mater.,Nano Lett.等期刊上发表论文200余篇。论文被他人引用13000余次，h-index为62。

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eScience (国际刊号ISSN：2667-1417；国内出版物号CN12-1468/O6) (简称《e科学》)，主管单位为教育部，为南开大学与科爱合作创办的国际化学术期刊，创刊主编为南开大学陈军院士，致力于发表能源、电化学、电子学和环境相关领域及其交叉学科具有原创性、重要性和普适性的最新研究成果。“立足中国，拥抱世界，引领未来”，本刊定位为具有广泛影响力的能源电化学领域国际顶级学术期刊，将提升国际学术影响力，服务科技强国建设，助力“碳达峰”和“碳中和”国家重大能源战略。成功入选2020年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。初期采取钻石开放获取出版模式，对作者和读者均免费，是您可信赖的发表平台。

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文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667141721000045

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