武祥团队Nano Energy：利用CoP@NiCo-LDH实现高效全水解

电解水是一种大规模生产氢气的可行策略。目前，一些贵金属(Ir和Ru)被广泛用作商业电催化剂。然而，由于贵金属具有价格高、极度稀缺的特点，其工业应用还远远滞后。因此在文献中，大量的研究集中在探索非贵金属催化剂的利用。然而，非贵金属催化剂的工作环境与相应的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)不匹配。因此，探索具有低过电位和长期循环稳定性的双功能电催化剂是非常必要的。

基于此，沈阳工业大学武祥等人通过多步生长途径合成了枝状CoP@NiCo-LDH异质结构催化剂，该催化剂也不负众望的展现出了优异的催化性能。

基于电化学测试结果可以发现，CoP@NiCo LDH-100在电流密度为10 mA cm^-2时的过电位仅为62 mV，这远低于CoP(η₁₀=104 mV)和NiCo LDH(η₁₀=130 mV)。更加重要的是，CoP@NiCo LDH-100催化剂在高电流密度(115 mA cm^-2)下的性能优于Pt/C电极。

同时，该复合材料的OER性能(η₅₀=225 mV)也优于商业IrO₂电催化剂(η₅₀=310 mV)。CoP@NiCo LDH-100催化剂表现出较好的催化活性，这与两种组分之间的协同作用和丰富的活性位点有关。

基于CoP@NiCo LDH-100优异的HER和OER活性，本文进一步研究了催化剂的全解水性能。当CoP@NiCo LDH-100同时作为阴极和阳极催化剂时，CoP@NiCo LDH-100||CoP@NiCo LDH-100达到50 mA cm^-2的电流密度仅需要1.52 V的电压，这比其他催化剂都低。此外，催化剂生成的H₂和O₂的体积比(H₂:O₂=2:1)接近理论值，这说明催化剂的法拉第效率几乎为100%。

之后，本文通过电子密度差解释了催化剂的电子转移。可以注意到CoP@NiCo LDH-100催化剂的H原子可以带走Ni原子的外层电子，然而与Ni配位的H原子在界面处相对较少。因此，电荷密度的增加有助于增强催化剂的氢吸附能力。

然后，本文利用态密度研究了Co原子的电子结构，揭示了催化剂电催化活性增强的机理。计算后发现，CoP@NiCo LDH-100在费米能级处的PDOS值高于CoP，这表明复合材料在催化过程中可以提供大量的电子，这证明了催化剂的电子导电性增强。此外，催化剂的d带中心分别为1.67(CoP)和1.13 eV(CoP@NiCo LDH-100)，d带中心的上移表明H脱附能和反键能增强，这有利于优化ΔG_H*。

计算后还发现，CoP@NiCo LDH-100的ΔG_H*为1.11 eV，明显低于CoP(2.62 eV)。这些结果表明，CoP@NiCo LDH-100的H^*吸附动力学很好的优化了其HER性能。反应能垒的显著降低表明H的脱附也得到了优化，这进一步提高了催化剂的催化活性。本文的工作表明，调节氢的吸附能可以大大提高电催化剂的本征活性。

Realizing Efficient Electrochemical Overall Water Electrolysis through Hierarchical CoP@NiCo-LDH Nanohybrids, Nano Energy, 2023, DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108681.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108681.