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(guó)文研究員課題組與合作者合作，通過(guò)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(zhǎng)制備了單分散、超小尺寸過(guò)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(guò)程的析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)兩個(gè)反應(yīng)過(guò)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)?；褂谩Ａ硗?，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(wú)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(zhǎng)期穩(wěn)定性，且這種過(guò)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(jiǎn)單、成本低、可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苽涞葍?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(zhǎng)鋒)

關(guān)鍵詞： 雙功能催化劑 電解水制氫 綠色 制氫方法