記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部孟國文研究員課題組與合作者合作，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)調(diào)控，在碳纖維布電極上原位生長制備了單分散、超小尺寸過渡金屬磷化物納米晶均勻負(fù)載的氮摻雜碳分級(jí)納米片陣列，該自支撐催化劑具有優(yōu)異的電催化析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)雙功能催化性能，實(shí)現(xiàn)了高效全電解水制氫。相關(guān)研究結(jié)果日前發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上。

電催化分解水技術(shù)被認(rèn)為是一種綠色、清潔、可持續(xù)的制氫方法。然而，電解水過程的析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)兩個(gè)反應(yīng)過電位大、能耗高，需要高效催化劑。貴金屬鉑和銥釕氧化物是目前性能最優(yōu)的析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)催化劑，但其高成本制約了其規(guī)模化使用。另外，目前的研究主要集中在開發(fā)針對(duì)析氫反應(yīng)或析氧反應(yīng)的單功能催化劑，在實(shí)際應(yīng)用中需設(shè)計(jì)兩種不同類型的催化劑，這無疑增加了電解水設(shè)備的復(fù)雜性。因此，研發(fā)高活性、低成本的新型雙功能催化劑是實(shí)現(xiàn)高效電解水制氫的關(guān)鍵。

研究人員在碳纖維布電極上原位生長鈷鋅基金屬有機(jī)框架納米片陣列前驅(qū)體，后利用鎳離子刻蝕的方法合成三元過渡金屬層狀雙氫氧化物超薄納米片組成的分級(jí)納米片中間體，最后通過可控磷化反應(yīng)，構(gòu)筑了氮摻雜碳分級(jí)納米片組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)催化劑。研究表明，該復(fù)合結(jié)構(gòu)催化劑呈現(xiàn)出超高的雙功能催化性能。析氫反應(yīng)中，其性能接近商業(yè)化鉑碳催化劑;析氧反應(yīng)中，性能遠(yuǎn)超商業(yè)化二氧化銥;在全電解水時(shí)，表現(xiàn)出良好的長期穩(wěn)定性，且這種過渡金屬基催化劑的制備成本遠(yuǎn)低于商業(yè)化貴金屬催化劑。

該催化劑制備方法具有合成工藝簡單、成本低、可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備等優(yōu)點(diǎn)，為研發(fā)高效、廉價(jià)、穩(wěn)定的全電解水催化劑提供了新思路，在高效電解水綠色制氫領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。(記者 吳長鋒)