近年來,清潔與可持續新能源的使用成為急需解決的熱點問題。氫氣是最有潛力的能源載體,大力發展高效的制氫技術受到研究工作者的極大關注。電解水作為一種簡單溫和的制氫手段受限于廉價高效穩定的電催化劑。目前商業使用的鉑碳催化劑由于成本和穩定性問題不適合可持續的大規模應用。高性能非貴金屬催化劑的開發是解決這一問題的關鍵環節,同時,電催化劑在寬范圍pH的電解質中高效運作能降低電催化劑使用的限制因素,拓寬應用環境。
蘇州大學能源與材料創新研究院的鄒貴付教授、孫迎輝副教授團隊與電子科技大學的熊杰教授團隊合作開發了一種磷化鈷納米網絡催化電極,很好地滿足上述要求。磷化物材料因具有獨特的類似觸媒的結構,具有很好的催化活性。在導電基底上設計合成穩定的納米結構不僅能進一步增加活性位點,還能避免粉末催化劑的后期涂漿制備過程,提升材料的應用潛力。他們通過水熱方法在哈氏合金基帶上生長出網絡狀鈷前驅體,經過低溫磷化得到網絡狀的磷化鈷材料。合金基帶除了在酸堿環境中有很好的穩定性,同時有很好的導電性和柔性,便于電極后期集成應用于各類電解水設備。這里值得注意的是,網絡狀磷化鈷可分成多級結構,主體由寬約為100 nm的納米線構成,而每根納米線又由5-20 nm的磷化鈷納米晶互相連接形成。納米晶豐富的邊緣結構極大地增加了催化活性位點(ECSA=1535 cm2ECSA)。
該電極在酸性、中性和堿性條件下均表現出優異的電催化活性(寬pH范圍低至45 mV的起始電位,大電流電解穩定性為100 h)。另外,作者還對電極進行幾百次大角度彎曲柔性測試(-100°—+100°),催化劑與基底表現出很好的粘附性,并保持幾乎不變的催化性能。該柔性磷化鈷電極在寬pH電解質和特殊結構電解水器件中有很大的應用前景。
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