铁掺杂磷化钴分级纳米花作为双功能电催化剂在工业碱性条件下的高效水分解研究

为解决传统贵金属催化剂成本高、稳定性差的问题，研究人员通过水热法和磷化处理制备了具有分级纳米花结构的Fe掺杂CoP（Fe–CoP）双功能电催化剂。该催化剂在1.0 M KOH中仅需260 mV（OER）和85 mV（HER）过电位即可驱动10 mA cm?2 电流密度，且在工业条件（60 °C, 6.0 M KOH）下表现出优异稳定性，为电解水制氢提供了高效、低成本解决方案。

　　

随着化石燃料枯竭和气候变化危机加剧，开发清洁可持续的能源技术迫在眉睫。氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为理想选择，而电催化水分解（EWS）是最环保的制氢途径之一。然而，当前EWS依赖贵金属催化剂（如Pt/C、RuO₂
），其高昂成本和稀缺性严重制约大规模应用。同时，传统单功能催化剂需复杂设备集成，进一步增加成本。因此，设计高效、稳定的非贵金属双功能催化剂成为研究焦点。

黑龙江省某研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表论文，报道了一种铁掺杂磷化钴（Fe–CoP）分级纳米花结构催化剂。该研究通过水热合成结合氧化-磷化处理，构建了由超薄纳米层（~6 nm）组成的3D分级纳米花，显著提升了电化学活性表面积和反应位点可及性。实验表明，优化后的Fe–CoP在25 °C的1.0 M KOH中仅需260 mV（OER）和85 mV（HER）过电位即可实现10 mA cm^?2
电流密度，且在全水解装置中仅需1.52 V电压。更值得注意的是，其在工业条件（60 °C, 6.0 M KOH）下仍保持1.38 V的低工作电压和长期稳定性。

关键技术方法包括：1）水热法合成Fe–Co₃
O₄
前驱体；2）空气氧化处理（400 °C）；3）次磷酸钠低温磷化（350 °C）转化Fe–CoP；4）系统电化学性能测试（LSV、Tafel斜率等）。

Results and discussion

1. 材料表征：透射电镜证实纳米花由交错排列的超薄纳米片构成，厚度约6 nm，X射线衍射（XRD）显示成功合成纯相CoP，X射线光电子能谱（XPS）证实Fe的掺杂改变了Co的电子态。
2. 电化学性能：Fe–CoP-1的OER/HER过电位分别比纯CoP降低47 mV和23 mV，Tafel斜率（67.9/68.7 mV dec^?1
   ）表明其快速反应动力学。
3. 全水解测试：Fe–CoP||Fe–CoP电解槽性能优于贵金属组合（Pt/C||RuO₂
   ），且在工业级6.0 M KOH中连续运行50小时无衰减。

Conclusion
该研究通过Fe掺杂和纳米结构协同调控，显著提升了CoP的本征活性和稳定性。Fe的3d⁶
电子构型优化了Co的d带中心，降低了反应能垒；而分级纳米花结构暴露了更多活性位点，促进了传质过程。这一成果为工业化电解水制氢提供了新型催化剂设计思路，其简易的制备方法（水热+磷化）更具规模化应用潜力。

（注：全文数据均来自原文，未添加外部引用；专业术语如OER（氧析出反应）、HER（氢析出反应）、Tafel斜率等均按原文格式保留上标/下标；作者名Peng Zhou等按原文拼写保留。）