复旦大学/上海硅酸盐研究所Nature Commun：磷掺杂β-NiMoO4实现超Pt/C碱性HER活性

纳米技术

2021-10-14

非贵金属过渡金属氧化物广泛存在自然界中，但是非贵金属过渡氧化物通常被认为基本上没有HER催化活性，这是因为非贵金属过渡金属氧化物在靠近Fermi能级附近基本上没有电子能带结构，如何在此类材料中实现HER催化活性是个非常大的挑战。

有鉴于此，复旦大学叶明新、沈剑锋，中科院上海硅酸盐研究所刘建军等报道验证了一种概念，通过非溶剂处理过程进行磷取代实现了提高亚稳态β-NiMoO₄材料的稳定性，这种磷取代策略能够显著的稳定和活化β-NiMoO₄，改善碱性电催化HER活性。因此在1 M KOH碱性环境进行HER催化反应，达到10 mA/cm²电流密度的过电势仅为23 mV。而且，大电流长时间HER稳定性测试结果显示，在1000 mA/cm²大电流密度中过电势仅为-210 mV，而且在200 h连续催化反应中未见活性衰减。

 本文要点：

（1）

作者通过结构表征和测试分析，发现磷掺杂能够不改变β-NiMoO₄的四面体结构，改善了这种亚稳态的稳定性。这种掺杂磷得以改善β-NiMoO₄催化剂的HER催化活性，而且在1 M KOH碱性环境中10 mA/cm²电流密度过电势仅为-23 mV，Tafel斜率为44 mV dec^-1，这个电催化活性比高性能Pt/C催化剂的活性更高。

理论计算结果显示，磷掺杂的β-NiMoO₄催化剂中，Ni位点有助于促进水分子的解离，催化剂中同时与P原子和Ni原子相连的O原子上具有最合适的氢结合能（-0.046 eV）。更加重要的一点是，磷掺杂β-NiMoO₄催化剂中的本征电荷分布情况得到调控，实现了进一步改善HER的催化活性。

（2）

本文研究结果展示了一种有效的活化过渡金属氧化物材料HER性能的普适性方法：稳定丰富活性电子态的亚稳态晶相电催化剂。

参考文献

Wang, Z., Chen, J., Song, E. et al. Manipulation on active electronic states of metastable phase β-NiMoO₄ for large current density hydrogen evolution. Nat Commun 12, 5960 (2021)

DOI: 10.1038/s41467-021-26256-1

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26256-1