苏州纳米所开发出高性能HER和ORR非贵金属催化剂

  随着能源危机和环境污染的日益加剧，开发新型的清洁能源刻不容缓。其中涉及电化学过程的析氢反应（HER）和氧还原反应（ORR）是两种最具实际应用前景的能源转换和存储方式。因此，设计高性能的HER和ORR的电催化剂对提高电化学能源转换和存储性能尤为重要。目前，Pt及其合金是HER和ORR电催化活性最高的催化剂之一，然而其低储量和高成本大大限制了Pt的实际应用，因此开发高性能的HER和ORR非贵金属催化剂就显得十分重要。

　　近来，诸多研究发现，过渡金属磷化物具有突出的电催化性能。然而这些材料多局限于一维的纳米颗粒和二维的纳米线，使得其在大电流下以及长期的使用中稳定性很差。为了解决这一问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员王强斌课题组合成出海胆状磷化钴（CoP）纳米晶，可以同时用作HER和ORR电催化剂。研究表明，该材料在0.5MH₂SO₄中表现出突出的HER电催化性能：其起始过电势约为50mV，塔菲尔斜率为46 mV/dec，在电流密度为100 mA/cm^-2时，其过电势仅为180 mV。此性能优于绝大多数过渡金属磷化物、氮化物以及碳化物。此外，即使经过10000个CV循环和30000s的长时间连续测试，其催化活性没有任何下降，彰显出其超强的稳定性。另外，研究还发现，该材料在0.1M KOH中展现出了优越的ORR电催化性能和稳定性。相关结果发表在：Nano Lett. 2015, 15, 7616 −7620。

　　该研究工作得到了国家杰出青年基金资助。

图1 左图为海胆状磷化钴的电镜照片，右图为其HER性能数据（插图为极化曲线）

图2 磷化钴的ORR性能图