山东大学在碱性电解水研究中取得新进展

近日,山东大学前沿交叉科学青岛研究院-分子科学与工程研究院吴昊、邓伟侨教授团队在碱性电解水催化剂的研究中取得进展,相关研究成果以“Acidic Media Regulated Hierarchical Cobalt Compounds with Phosphorous Doping as Water Splitting Electrocatalysts”为题发表在国际著名期刊Advanced Energy Materials上(www.mizhuo.net)。山东大学为论文第一完成单位,前沿交叉科学青岛研究院硕士研究生宋丹娜和孙吉凯为论文共同第一作者

通过合理的结构和组分设计,过渡金属基催化剂有望取代贵金属基材料实现高效的电解水制氢。然而,常规的碱性介质制备方法难以做到对产物的可控调节和制备。基于此,研究团队提出酸性介质制备策略,通过调节析出溶解化学反应平衡实现对材料结构的精确调控。前期工作中,酸性介质制备策略分别实现了对材料结构、厚度以及晶面的精准调控,制备出一系列通过传统方法难以获得的纳米催化剂材料(J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 24153,Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702704,Adv. Mater. 2018, 30, 1804341)。

在近期工作中,利用CoCO3产物较小的溶度积常数(Ksp),酸性介质制备策略应用于Co体系展现出不同寻常的组分和结构演化。此外,采用P掺杂优化电子结构。理论模拟结果表明,电负性更小的P取代O能增强与之相邻的Co原子的电荷密度,DFT计算结果表明P掺杂能有效降低Co位点过大的H*结合能,因而有效提高析氢活性。该工作揭示了酸性介质制备Co体系不同寻常的组分和结构演化以及P掺杂引起的电子结构和H*吸附能变化,为合理制备高效电解水催化剂提供参考。

上述工作得到了山东大学齐鲁青年学者项目、国家重点研发计划(NO:2017YFA0204800)以及国家自然科学基金(NO:21525315)的支持。

来源:山东大学

论文链接:

https://doi.org/10.1002/aenm.202100358

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