湖师大/安师大AFM：Fe2P/Co2N多孔异质结阵列助力整体水分解

利用间歇性太阳能或风能的可再生电力驱动碱性水电解是一种商业上可行的制氢技术，但是很少有非贵金属双功能催化剂在大电流密度下用于HER和OER，同时具有优异的催化效率和稳定性，特别是对于铁基催化剂。

基于此，湖南师范大学周海青教授和余芳教授、安徽师范大学盛天博士（共同通讯作者）等人报道了一种原位构建的具有双功能催化活性的自支撑Fe₂P/Co₂N多孔异质结阵列，在电流密度为500 mA cm⁻²下HER和OER的过电位分别为131和283 mV，优于已报道的大多数非贵金属双功能电催化剂。其还表现出优异的整体水分解活性，分别需要1.561和1.663 V的低电压即达到100和500 mA cm⁻²，并在1 M KOH中具有优异的耐久性。最重要的是，其在电流密度为500 mA cm⁻²下也能稳定120 h，明显优于IrO₂(+)//Pt(−)耦合的贵金属电极，是已报道的最好的双功能催化剂之一。

为了解HER的动力学机制，作者对Fe₂P/Co₂N和CoP/Co₂N（P-Co₂N）两种催化剂进行了DFT计算，具有周期边界的Fe₂P/Co₂N和CoP/Co₂N界面理论模型。根据HER机制，在第一个Volmer步骤中，一个H₂O分子在催化剂表面的活性位点（M-H*）上解离为一个被吸附的氢，然后通过M-H*与第二个H₂O分子的耦合生成气态氢分子，强烈依赖于H*结合能（ΔG_H*）。

作者还计算了H*在催化剂表面的吸附能。Fe₂P/Co₂N异质结的界面Fe位点上的ΔG_H*值约为-0.29 eV，远小于CoP/Co₂N的-0.45 eV。Fe₂P/Co₂N异质结上ΔG_H*的大幅降低，表明异质结周围H*的吸附能力得到优化，有利于提高催化剂的析氢性能，进一步说明Fe₂P/Co₂N杂化产物的Fe原子是水解离和H吸附的真正活性位点，活化势垒较低。结果表明，Fe₂P/Co₂N异质结的Fe₂P和Co₂N之间的界面相互作用有利于有效吸附H*，从而促进反应动力学。

Engineering Active Iron Sites on Nanoporous Bimetal Phosphide/Nitride Heterostructure Array Enabling Robust Overall Water Splitting. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202209465.

https://doi.org/10.1002/adfm.202209465.

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