Volume 1,Issue 6
Fall 2024
钴磷双掺杂硫化镍纳米片高效析氢电催化
氢能作为一种清洁能源，具有巨大的发展潜力。目前较为成熟的化石燃料制氢由于其成本太高，且有碳杂质排放，
被认为不是理想的制氢方式。碱性电解水制氢是目前具有发展前景的绿色制氢方式之一，但是碱性电解水制氢的成
本较高。由此亟待设计开发高效且低成本的碱性电解水制氢电极催化材料。本文通过一步水热法以及高温磷化，对
过渡金属硫化物电催化析氢材料进行性能的优化。通过物理表征、电化学测试以及理论模拟计算对P-Co-Ni3S2/
NF 进行碱性电解水析氢性能的研究，并通过改变材料制备时水热反应物质量来分析碱性电解水析氢材料最佳的反应
条件。研究发现，钴和磷双掺杂的P-Co-Ni3S2/NF 具有与Ni3S2/NF 相似的蜘蛛网状纳米片结构，为电解水析氢提
供大量的离子传输通道以及反应活性位点。采用标准的三电极体系，对所制备的电催化材料进行电化学性能发现，
P-Co-Ni3S2/NF 拥有比Ni3S2/NF 以及单金属掺杂的电催化材料更优异的电化学性能，通过理论模拟计算与电化学
实验的结合共同探究了非金属与过渡金属共掺的P-Co-Ni3S2/NF 电解水析氢的路径与机理，为碱性电解水析氢材料
以及电解槽的发展提供一定的理论及实验支持。
[1]Wu Y, Jiao C, Wang F, et al. High electrocatalytic oxygen evolution reaction and
hydrogen evolution reaction of N-doped Co@CN materials derived from two cobaltbased
metal-organic frameworks (MOFs)[J]. Journal of Molecular Structure, 2024,
1316(15): 138945.
[2] 潘致宇. 过渡金属基电催化析氢材料的研究进展[J]. 当代化工研究, 2019(2):
143~144.
[3]Ganesan P, Sivanantham A, Shanmugam S. Inexpensive electrochemical
synthesis of nickel iron sulphides on nickel foam: super active and ultra-durable
electrocatalysts for alkaline electrolyte membrane water electrolysis[J]. Journal of
Materials Chemistry A, 2016, 4(42): 16394~16402.
[4] 周宏春. 氢在碳中和背景下燃料构成中将占多大比例[J]. 中 国 商 界, 2021, (7):
36~37.
[5]Li S, Li E, An X, et al. Transition metal-based catalysts for electrochemical
water splitting at high current density: Current status and perspectives[J].
Nanoscale. 2021, 13(30): 12788~12817.
[6] 冀国超, 赵笑飞. 过渡金属磷化物在电解水制氢方向的研究进展[J]. 化工管理,
2018, (33): 69~71.
[7]Zhu X, Yao X, Lang X, et al. Charge self-regulation of metallic heterostructure
Ni2P@Co9S8 for alkaline water electrolysis with ultralow overpotential at large
current density[J]. Advanced Science, 2023, 10(33): 2303682.
[8]Zhao L, Guo Z, Liu Z. Facile synthesis and efficient electrochemical water
splitting of bifunctional nanostructured Ni-based layered double hydroxide/sulfide
composite[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 910(25): 164880.
[9]Hu M, Qian Y, Yu S, et al. Amorphous MoS2 decorated Ni3S2 with a core-shell
structure of urchin-like on nickel-foam efficient hydrogen evolution in acidic and
alkaline media[J]. Small, 2023, 20(5): 2305948.
[10]Bao Y, Wu Z, Liu B, et al. Fe-doped Ni3S2 nanosheets on Ni foam for alkaline
seawater oxidation[J]. ACS Applied Nano Materials, 2023, 6(6): 4360~4369.