普鲁士蓝类似物框架限域三元FeP-Ni5P4-CoP用于阴离子交换膜水电解的定制催化性能实现

《Journal of Colloid and Interface Science》：Realizing tailored catalytic performance on ternary FeP-Ni 5P 4-CoP in-situ confined Prussian blue analogue framework for anion exchange membrane water electrolysis

本文报道了一种新型双功能催化剂FeP-Ni5P4-CoP/PBA，其通过将三元金属磷化物（TMPs）均匀封装于普鲁士蓝类似物（PBA）框架中，显著提升了析氢反应（HER）和析氧反应（OER）活性。该材料在碱性条件下表现出低过电位和高稳定性，并在阴离子交换膜水电解器（AEMWE）中验证了其工业应用潜力，为开发高效、稳定的非贵金属水分解催化剂提供了新策略。

　　

Highlight

结构表征

方案1展示了从三元金属PBA前驱体制备FeP-Ni₅P₄-CoP/PBA的合成策略，该策略采用顺序共沉淀法并结合温和的热磷化处理。最初，采用简单的液相共沉淀法合成了具有独特结构和明确化学成分的不溶性PBA [26]。所得PBA显示出三维立方纳米结构，平均粒径为...

结论

在这项工作中，我们成功开发了一种新型多孔三元相磷化物异质结构FeP-Ni₅P₄-CoP，该结构被限制在由普鲁士蓝类似物（PBA）框架部分分解产生的高度多孔的碳基质中。FeP-Ni₅P₄-CoP/PBA材料表现出独特的物理化学性质，如快速电荷转移、丰富的质量传输通道和增加的活性位点密度，从而获得了优异的催化性能，其在10 mA·cm^?2电流密度下析氢反应（HER）所需的过电位为99 ± 4 mV，在50 mA·cm^?2电流密度下析氧反应（OER）所需的过电位为300 ± 7 mV。实验和理论研究均表明，在多孔配位聚合物框架内形成三元金属磷化物异质结构有助于实现快速的电荷传导、理想的质量传递，并产生具有最佳电子特性的多个活性位点，从而提升了HER和OER动力学的活性和稳定性。通过将FeP-Ni₅P₄-CoP/PBA材料部署在阴离子交换膜水电解器（AEMWE）电堆中，验证了其实用性。该电解器在70°C的碱性电解质中，能够在2.20 ± 0.02 V的电压下提供500 mA cm^?2的高电流密度，并表现出超过500小时的卓越稳定性，且电压损失微不足道。