【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，國家納米科學(xué)中心趙慎龍團(tuán)隊(duì)在基于熱剝離原子分散的Co-P單元用于堿性析氫研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Atomically Dispersed Co–P Moieties via Direct Thermal Exfoliation for Alkaline Hydrogen Electrosynthesis為題在線發(fā)表于Journal of the American Chemical Society.(2025,147,5,3994–4004,DOI: 10.1021/jacs.4c11788)
 

　　堿性析氫反應(yīng)(HER)在陰離子交換膜電解槽中起著關(guān)鍵作用，其發(fā)展直接關(guān)系到清潔氫能的規(guī)模化生產(chǎn)。然而，與酸性條件相比，堿性HER的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢約2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，這對(duì)電催化劑的活性和穩(wěn)定性提出了更高要求。目前，盡管非貴金屬電催化劑(如磷化物、硫化物和碳化物)在提升HER性能方面取得了一定進(jìn)展，但它們?cè)陂L期運(yùn)行中的活性與穩(wěn)定性之間的矛盾依然無法徹底解決。近年來，基于MX4單元(X=C、N、O、P)的原子分散催化劑因其在催化活性位點(diǎn)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上的優(yōu)勢受到關(guān)注。研究表明，P的3p軌道與金屬3d軌道形成弱極性共價(jià)鍵，可優(yōu)化中間體吸附強(qiáng)度，顯著提升HER性能。此外，P位點(diǎn)的低電負(fù)性使其在水分解過程中能夠與金屬位點(diǎn)形成協(xié)同活性中心?；诖耍ㄟ^優(yōu)化CoP4單元的形成和分布，構(gòu)建一種新型的堿性析氫催化劑，有希望突破傳統(tǒng)非貴金屬催化劑的性能限制。
 

　　最近，趙慎龍研究團(tuán)隊(duì)通過中溫磷化剝離策略，成功合成了原子分散的CoP4單元(CoP4−SSC)，并均勻分布于超薄碳納米片表面。電化學(xué)測試結(jié)果顯示，CoP4−SSC在1 M KOH溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的HER性能，其中過電位僅為52 mV，塔菲爾斜率為51 mV dec-1，轉(zhuǎn)化頻率TOF高達(dá)23.83 s-1，超越了最新報(bào)道的大多數(shù)非貴金屬電催化劑。不僅如此，在陰離子交換膜(AEM)電解槽中，CoP4−SSC陰極電催化劑可以在安培級(jí)電流密度下表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。通過XANES、FT-EXAFS、原位SR-FTIR分析和DFT計(jì)算表明，Co位點(diǎn)錨定在MOF衍生碳基體的四配位CoP4單元中，能夠有效激活第一配位殼的P位點(diǎn)參與催化，從而構(gòu)建了動(dòng)態(tài)優(yōu)選的[P-*H···H2O*-Co]納米界面。
 

　　該研究不僅突破了傳統(tǒng)非貴金屬催化劑的性能瓶頸，還為 AEM 電解槽的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有望推動(dòng)清潔氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。未來，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步探索該催化劑在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力，致力于實(shí)現(xiàn)清潔氫能的廣泛應(yīng)用。
 

　　國家納米科學(xué)中心趙慎龍研究員為論文唯一通訊作者。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委(22373027)等的支持。