用于海水电解的超稳定Ni─Fe─P基异质结构

《Advanced Functional Materials》：Ultrastable Ni─Fe─P-Based Heterostructures for Seawater Electrolysis

海水电解制氢中氯离子腐蚀问题通过异质结构催化剂解决。采用NiTe纳米 rod阵列负载Ni2FeP纳米颗粒的复合催化剂，在1m KOH/海水体系中实现500mA/cm2电流密度，过电位仅232mV，并保持6800小时以上稳定运行。界面电场效应抑制Cl?吸附同时促进活性相γ-Ni(Fe)OOH生成。

　　

摘要

利用可再生能源驱动的海水电解是一种有前景且可持续的方法，有助于解决淡水资源短缺和能源危机问题。然而，海水中存在的氯离子（Cl^?）带来了重大挑战，会导致严重的腐蚀并影响材料的长期耐用性。与传统的通过保护层覆盖催化剂的方法不同，本文提出了一种反向设计思路，构建了一种具有暴露催化剂纳米颗粒的异质结构，以同时提高氧析出（OER）反应的动力学性能并减少氯离子的吸附。所设计的电催化剂由镍碲化物纳米棒阵列（NiTe/Ni₂FeP）和铁镍磷化物纳米颗粒（Ni₂FeP）组成，在1摩尔/升的KOH和海水中运行时，其过电位仅为232毫伏（mV），能够实现500毫安/平方厘米（mA cm^?2）的电流密度。此外，该电催化剂表现出优异的耐用性，在电流密度为100至1000毫安/平方厘米（mA cm^?2的条件下，性能可稳定保持超过6800小时。综合表征和理论计算表明，NiTe与Ni₂FeP之间的丰富界面效应产生了内置的电场，使得界面电荷能够重新分布：这不仅显著减少了氯离子的吸附，从而减轻了由氯离子引起的腐蚀，还促进了材料结构向高活性γ-Ni(Fe)OOH物种的转化，进而提高了整体催化活性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据获取声明

本研究的数据可应合理要求向通讯作者索取。