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。