非晶態Co3(PO4)2與晶態Co3O4雜化介孔納米片網絡結構研究取進展

據 MaterialsViews報道：電化學析氧反應（oxygen evolution reaction，OER）在各類清潔與綠色能源存儲與轉換裝置
，如電解水器件、光電電解水器件及金屬-空氣電池等，有廣泛的應用。然而由於OER緩慢的動力學反應速率及較高的反應過電勢，因此需要高效的電催化劑來促進其在能源轉換中的效率。傳統貴金屬氧化物，如氧化釕（RuO2）和氧化銥（IrO2）雖具有優異的電催化OER活性
，但是其低儲量和高昂的價格嚴重限製了該類貴金屬催化劑的推廣應用
，開發具有高活性
、長壽命
、低成本的催化劑對於OER及其相關技術的發展至關重要。近年來
，價格相對低廉的過渡金屬鈷係材料尤其是其氧化物在該研究領域受到了極大關注。

香港城市大學張文軍教授、劉賓博士團隊在非貴金屬OER電催化劑方麵的研究取得重要進展。該團隊開發了一種簡便且易於批量製備的方法
，通過空氣中煆燒納米片網絡狀Co(OH)1(CO3)0.5 0.11 H2O/C複合物製備了一種由非晶態Co3(PO4)2與晶態Co3O4雜化而成的介孔納米片網絡結構複合電催化劑。Co3(PO4)2-Co3O4催化劑在堿性環境中表現了優異的OER催化性能：達到10 mA cm-2的電流密度僅需要270 mV的過電位, Tafel slope 僅有 39 mV dec-1, 並且在30 h的電流測試中保持穩定，上述性能優於大多數非貴金屬催化劑，包括商業化的RuO2催化劑的活性。研究發現在Co3(PO4)2-Co3O4雜化結構中， Co3O4 電子向Co3(PO4)2發生了轉移, 促進了水分子通過路易斯酸堿相互作用在Co3O4上的活化，從而增強了雜化催化劑的本質OER催化活性。進一步地，通過對半導體光陽極BiVO4空穴轉移的有效促進
，Co3(PO4)2-Co3O4複合催化劑還顯著增強了其光電催化OER活性及穩定性。修飾了複合催化劑的BiVO4光陽極在0.5 mA cm−2時的電位比未修飾催化劑的電極減小了530 mV， 且1.23 V (vs. RHE）電壓下光電流達到3.0 mA cm−2，超過了大多數無機及分子助催化劑修飾的BiVO4光陽極的性能。此項研究表明Co3(PO4)2-Co3O4具有作為電驅動的OER催化劑和太陽能驅動的光電OER助催化劑的能力
，從而為設計合成廉價高效的電（光電）催化劑提供了策略和路線。相關論文在線發表在Small（DOI: 10.1002/smll.201701875）。