磷化铑纳米立方体：高性能双功能电解水催化剂

氢能源因具有清洁、储量丰富等特点，有希望在未来取代传统的化石燃料。电解水是一种重要的产氢方式，效率依赖于高效的阴极氢析出反应电催化剂。与此同时，阳极发生的氧析出反应也极具重要意义。铂具有优异的氢析出性能，如极高的交换电流密度和极低的塔菲斜率，因而得到广泛的应用，但其昂贵的价格极大限制了在电化学中的应用。如何制备氢析出反应性能更高、价格更具吸引力的同时具有氧析出活性的双功能催化剂成为研究工作者关注的焦点。近日，清华大学的李亚栋（点击查看介绍）团队、李隽（点击查看介绍）团队和美国阿贡国家实验室的Stamenkovic（点击查看介绍）团队合作，通过溶剂热法制备了一种高性能的双功能电解水催化剂。

过渡金属磷化物具有优异的氢化脱硫性。由于氢化脱硫反应和氢析出反应都依赖于催化剂和氢之间的可逆吸附，因此过渡金属磷化物被认为具有氢析出反应活性。已有文献报道了一系列铁、钴、镍、钼基磷化物，它们表现出一定的氢析出反应活性，然而都不及铂在催化过程中的表现。

清华大学和美国阿贡国家实验室研发制备的磷化铑纳米立方体超越了以往磷化物析氢活性不够理想这一缺憾。他们注意到磷化铑具备优异的氢化脱硫活性，促使他们开展氢析出反应性能的研究。他们通过溶剂热的方法，制备了边长为5纳米、尺寸分布高度均一的磷化铑纳米立方体。他们将其负载在活性炭并经过乙酸处理后，得到具备极高氢析出、氧析出活性的双功能电解水催化剂。值得注意的是，这一材料在酸性（0.5 M的硫酸）或碱性（0.1M的氢氧化钾）体系中都具有比铂催化剂更低的过电势（电流密度为5.0 mA/cm²），且表现出更高的催化稳定性。为了研究这一材料高活性电解水的本质，研究团队通过环形暗场扫面透射电镜直接观察到磷化铑纳米立方体的原子结构，发现最外原子层由更多的磷原子组成。他们进一步结合理论计算，揭示了表面磷原子的存在对降低氢吸附自由能这一氢吸附反应活性指标具有至关重要的作用，同时发现磷缺陷是氧析出反应的活性位点。鉴于其优异的性能，该电催化剂有望应用于电解水产氢、产氧，从而促进氢能源的高效利用。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical  Society 上，文章的第一作者是清华大学的（现牛津大学博士后）段昊泓博士，美国阿贡国家实验室的Dongguo Li博士和清华大学的博士生汤妍对该工作做出了同等贡献。

该论文作者为：Haohong Duan, Dongguo Li, Yan Tang, Yang He, Shufang Ji, Rongyue Wang, Haifeng Lv, Pietro P. Lopes, Arvydas P. Paulikas, Haoyi Li, Scott X. Mao, Chongmin Wang, Nenad M. Markovic, Jun Li, Vojislav R. Stamenkovic and Yadong Li

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

High-Performance Rh₂P Electrocatalyst for Efficient Water Splitting

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 5494-5502, DOI: 10.1021/jacs.7b01376

导师介绍

李亚栋

http://www.x-mol.com/university/faculty/12007  

李隽

http://www.x-mol.com/university/faculty/12005

Stamenkovic

http://www.x-mol.com/university/faculty/43035