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综述:过渡金属磷化物电催化剂用于高效析氧反应
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月09日 来源:Applied Surface Science 6.3
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这篇综述系统探讨了过渡金属磷化物(TMPs)作为析氧反应(OER)催化剂的优势与进展。文章指出,TMPs凭借可调电子结构、高导电性和低成本特性,在电解水制氢中展现出替代贵金属(如RuO2 )的潜力,重点分析了钴/镍/铁磷化物及多元TMPs的合成策略(如异质界面工程、元素掺杂)和催化机制,并展望了其在海水电解中的应用挑战。
OER机制
在电解水过程中,析氧反应(OER)因其四电子转移的复杂动力学成为限速步骤。碱性环境下,OH–
的富集降低了O–H键断裂能垒,而酸性介质中TMPs易发生表面氧化溶解。研究表明,TMPs通过形成活性氧化物层(如CoOOH)稳定催化界面,其金属-磷协同效应可优化中间体(*OH、*O)吸附能,降低过电位至219?mV(CoFeP-N)。
钴磷化物
CoP凭借pH稳定性与表面自修复特性成为研究热点。磷原子引入可调控钴的d带中心,增强H2
O解离效率。例如,等离子体法制备的CoFeP-N纳米线在10?mA?cm?2
电流密度下过电位仅219?mV,归因于氮掺杂引发的电荷重分布。
镍磷化物
Nix
P的导电性与丰富活性位点使其在碱性OER中表现突出。通过构建核壳结构(如NiCo-OH@Nix
Fey
O4
),可实现1000?mA?cm?2
超高电流密度(过电位275?mV),其多孔结构加速了气泡脱附与传质。
铁磷化物
FeP在地壳中的丰度赋予其成本优势。研究发现,Fe3+
/Fe2+
氧化还原对可促进*OOH中间体形成,而磷空位能暴露更多不饱和配位铁位点,提升本征活性。
多元过渡金属磷化物
多元体系(如CoNiFeP)通过金属间电子耦合进一步优化反应路径。例如,CoFeP中Co的d电子填充调控使O*吸附能接近理论最优值,而Fe的引入增强了氧中间体稳定性,协同降低能垒。
结论与展望
尽管TMPs在成本与活性上已取得突破,但实际应用中仍面临海水腐蚀、长期稳定性等挑战。未来研究需结合原位表征技术(如XAS)揭示动态催化机制,并开发规模化制备工艺以推动产业化进程。
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