电沉积制备镍铁亚磷酸氢盐电解水析氢催化剂
王思琼1
李健2
耿硕1
张坤2
张海丰2
韩晓彤3
1.鄂尔多斯应用技术学院 化学工程学院,内蒙古 鄂尔多斯 0170002.东北电力大学 化学工程学院,吉林 吉林 1320123.重庆大学 化学化工学院,重庆 401331
摘要：电解水制氢作为实现可持续能源转换与碳中和目标的重要技术路径,因其过程中不依赖化石燃料、产物为高纯氢气,具备过程清洁、能量转化效率高等优势,正受到日益广泛的关注.然而,目前商业化制氢过程普遍依赖以 Pt为代表的贵金属催化剂,虽然其具有优异的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)催化性能,但由于资源稀缺性和成本高昂,严重制约了其在大规模应用中的可行性.因此,开发兼具高催化活性、稳定性和低成本的非贵金属HER催化剂成为当前研究的前沿与热点.采用一步电化学沉积策略,在三维泡沫镍基底上成功构筑了Fe掺杂亚磷酸氢镍材料(Fe-Ni(H2PO2)2).结构与形貌表征结果显示:该材料呈现均一的微球形貌,具有无定形结构特征,显著增加电化学活性位点的暴露面积,进而提升催化效率.进一步研究发现,Fe元素的引入可通过电子协同效应调控Ni活性中心的电子结构,有效促进电荷在电极-电解液界面的转移速率,从而提升整体HER催化性能.电化学性能测试结果表明,在电沉积电流为 500 mA,Fe掺杂原子比例为 30%条件下,所制备的Fe-Ni(H2PO2)2 催化剂展现出最优的HER性能,仅需 72 mV的过电位即可驱动析氢反应达到 10 mA/cm2 的电流密度,其塔菲尔斜率为 65 mV/dec,表明其具有较快的反应动力学.此外,该材料表现出较高的电化学活性表面积和良好的电荷传输能力,可有效提高参与催化反应的活性位点数量,进而加快析氢反应速率.长期稳定性测试显示,该催化剂在连续工作 20 h后仍能保持稳定电流输出,未出现明显的活性衰减,体现出良好的电化学稳定性和应用潜力.综上所述,该Fe-Ni(H2PO2)2 材料在在绿色、高效、低成本的电解水制氢领域展现出广阔的应用前景.
关键词：电化学电解水制氢电子结构无定形掺杂工程
分类号：O643(物理化学（理论化学）、化学物理学)
资助基金：国家自然科学基金(22208035)重庆市自然科学基金资助项目(2024NSCQ-MSX1402)鄂尔多斯应用技术学院自然科学类一般资助项目(ZRYB2024024)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 83-90 )
英文信息