Nano Letters 等離子體輔助合成NiCoP用于高效的全解水

引言

為應對日益增長的能源需求，氫能被認為是一種潛在的清潔可再生能源。電解水是最有可能用于產生氫氣的方法之一。高效的水的電解需要高活性，地球存量豐富，高穩定性的催化劑。單金屬磷化物對于水的分解具有明顯的催化作用，比如磷化鎳。理論分析表明混合金屬磷化物可以進一步提高他們的催化性能。

成果簡介

近期，阿卜杜拉國王科技大學（沙特阿拉伯）Husam N. Alshareef 團隊首次報道了一種利用PH₃等離子體輔助合成NiCoP的方法。他們利用PH₃等離子體實現了NiCo-OH向NiCoP的轉變， NiCoP生長在泡沫鎳基底上，對于電化學析氫（HER）和電化學析氧（OER）都有很強的催化活性。這種方法為合成多金屬磷化物提供了新的思路。

圖文導讀

圖1 晶體結構和理論預測

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（a,b）Ni₂P和NiCoP的晶體結構；（c,d）Ni₂P和NiCoP的電子能帶結構；

（e）Ni₂P，NiCoP（0001）晶面，Pt（111）晶面對于氫原子吸附的自由能圖；（f）水的吸附能。

圖2 NiCoP的合成方法和結構表征

（a）通過水熱法在泡沫鎳表面生長NiCo-OH的納米片，然后利用PH₃等離子體將NiCo-OH轉化為NiCoP；

（b）NiCo-OH，NiCoP的XRD圖；（c,d）NiCoP的SEM圖；（e）NiCoP的mapping圖；

（f,g）NiCoP的低倍和放大TEM圖；（h）NiCoP的選區衍射圖；（i）NiCoP的HRTEM圖（插圖：EDX圖）。

圖3 NiCoP的光電子能譜圖

（a）Ni 2p3/2的能譜圖；（b）Co 2p3/2的能譜圖；（c）P 2p的能譜圖；

圖4 HER催化活性

（a）HER線性掃描伏安曲線；（b）HER對應的塔菲爾曲線；（c）電流密度-10 mA cm^-2時穩定性測試；

（d）不同掃描速率下對雙電層的影響；（e）極化曲線；（f）H₂的TOFs。

圖5 OER催化活性

（a）OER線性掃描伏安曲線；（b）OER對應的塔菲爾曲線；（c）電流密度-10 mA cm^-2時穩定性測試；

（d）不同掃描速率下對雙電層的影響；（e）極化曲線;（f）O₂的TOFs。

圖6 電催化全解水

（a）NiCoP作為陰極和陽極全解水的示意圖；（b）0.5 mV s^-1掃速時的極化曲線（插圖：全解水的光學照片）

（c）不同電流密度下的穩定性測試。

展望

文章報道了一種新的低溫合成NiCoP的方法，合成NiCoP在堿性條件下對電化學析氫（HER）和電化學析氧（OER）都具有很好的催化性能。這種方法為合成其他雙金屬磷化物提供了新的思路，為提高其電化學催化性能及應用提供了新的方法。

文獻鏈接：Plasma-Assisted Synthesis of NiCoP for Efficient Overall Water Splitting. (Nano Lett, 2016, DOI:10.1021/acs.nanolett.6b03803)