NLSSM高效節能電催化製氫研究獲進展

據南京大學固體微結構物理國家重點實驗室（National Laboratory of Solid State Microstructures，NLSSM）網站報道：製氫是實現未來“氫經濟”的關鍵步驟。作為一種潛在的製氫途徑，電催化水分解製氫麵臨著高過電位
、高gao電dian能neng消xiao耗hao的de主zhu要yao問wen題ti

，因yin此ci其qi製zhi氫qing成cheng本ben相xiang對dui於yu目mu前qian傳chuan統tong的de石shi化hua熱re重zhong整zheng工gong藝yi並bing沒mei有you明ming顯xian的de優you勢shi。為wei了le減jian少shao能neng耗hao，降jiang低di成cheng本ben
，圍wei繞rao電dian解jie水shui體ti係xi
，降jiang低di電dian解jie反fan應ying的de過guo電dian位wei
，提ti高gao能neng量liang轉zhuan化hua效xiao率lv成cheng為wei首shou要yao解jie決jue問wen題ti。

圖1 N摻雜CoP HER電催化劑用於電解水析氫和硫資源回收

近日，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室張會剛教授課題組提出了一種氮（N）陰離子調控策略，製備得到了N摻雜磷化鈷（CoP）電催化劑用於電解水陰極析氫反應（HER）。N的引入可以有效調製CoP的電子結構
，並且優化CoP表麵對H的吸附作用。因為N具有比P更強的電負性
，部分P被N取代導致Co上電子向N轉移，降低了Co的d帶中心。因此H在Co-Co橋位上的吸附相對於單純CoP有所削弱，吸附能趨於熱中性（圖1）。當N摻雜CoP用作HER電催化劑，析氫過電位得到極大降低

，在10 mA cm^-2電流密度下的過電位為42 mV
，相對於貴金屬Pt的過電位僅高出10 mV。

為了進一步降低電解水高電能消耗的問題，張會剛教授課題組同時著眼於電解水陽極反應這一部分。電解水陽極部分析氧反應（OER）是電解水高電能消耗和動力學遲緩的直接製約因素。該課題組展示了一種耦合電解係統，利用Fe²⁺/Fe³⁺氧化還原反應來替代陽極OER，實現了同時製氫和硫資源回收（圖1）。H₂S氣體大量存在於石油/天然氣田
、石化冶煉副產品等領域，對環境具有極大的汙染危害。這種耦合係統可以有效吸收H₂S氣體，實現硫磺沉澱
，同時在較低電能消耗的前提下實現節能製氫。

該工作發表在材料領域頂級期刊Advanced Materials上。南京大學現代工程與應用科學學院15級ji博bo士shi研yan究jiu生sheng周zhou清qing穩wen為wei論lun文wen的de第di一yi作zuo者zhe
，張zhang會hui剛gang教jiao授shou為wei通tong訊xun作zuo者zhe，現xian代dai工gong程cheng與yu應ying用yong科ke學xue學xue院yuan王wang鵬peng教jiao授shou，西xi北bei大da學xue化hua工gong學xue院yuan馬ma海hai霞xia教jiao授shou，西xi北bei大da學xue信xin息xi科ke學xue與yu技ji術shu學xue院yuan張zhang誌zhi勇yong教jiao授shou
，北bei京jing大da學xue深shen圳zhen研yan究jiu生sheng院yuan潘pan峰feng教jiao授shou，湖hu南nan大da學xue化hua學xue化hua工gong學xue院yuan王wang雙shuang印yin教jiao授shou為wei文wen章zhang合he作zuo者zhe。

該項研究成果發表在了Advanced Materials期刊上 (DOI: 10.1002/adma.201800140)，鏈接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201800140。