王蕾研究员/付宏刚教授Adv. Mater.: 调节钴钒基双金属催化剂的电子结构实现AEMWE稳定运行超过1000 h

主要观点总结

本文介绍了基于钴和钒双金属电催化剂的制备及其在电解水制氢中的应用。通过调控电子结构，实现了对HER和OER的高效催化。利用原位同步辐射等技术揭示了催化剂在反应过程中的结构演变和催化机制。该催化剂组装的AEMWE表现出优异的性能，具有潜在的应用前景。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

绿氢因其高能量密度和燃烧产物无污染而被广泛认为是一种有前途的清洁燃料。电化学分解水制氢是一种促进可再生资源转换和储存的有效策略。尽管贵金属催化剂表现优异，但它们的稀缺性和高成本限制了电解水技术的商业化应用。因此，开发高效、稳定的非贵金属电催化剂具有重要意义。

关键观点2: 研究内容

本研究通过液相自组装的方法合成了由纳米片组成的珊瑚状纳米阵列的前驱体，然后进行氮化和磷酸化处理得到CoN/VN@NF和P-CoVO@NF催化剂。通过调整催化剂的电子结构，精确调节中间体的吸附能量，实现了对HER和OER的高效催化。利用原位同步辐射等技术揭示了催化剂在反应过程中的结构演变和催化机制。

关键观点3: 实验结果

实验结果表明，该催化剂组装的AEMWE在1.0 M KOH的电解液中，70°C条件下只需1.76 V的电压就可实现500 mA cm -2 的电流密度，稳定运行1000 h，能耗为4.21 kWh Nm -3 。此外，该催化剂还表现出良好的耐用性和可持续性。

关键观点4: 研究亮点

本研究的亮点在于提出了一种有效的电子调制策略来设计和合成可持续能量存储和转换应用的电催化剂。通过氮阴离子和磷酸阴离子的调控，精确调节了Co-V双金属电催化剂的电子结构，使其在HER、OER和整体水分解方面表现出优异的性能。此外，该研究还揭示了在高能消耗的OER过程中，Co-O位由畸变八面体转变为正八面体的结构演变过程，这有助于优化电荷分布和带隙，提高OER动力学和中间产物的形成。

关键观点5: 作者介绍

王蕾研究员和付宏刚教授是本文的通讯作者。他们分别是黑龙江大学生物质与矿物质高效化学转化工程技术研究中心和黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室的负责人。他们长期从事能源器件中电极材料的构筑和原位机制方面的研究工作，在相关领域取得了显著的成果。

文章预览

第一作者：梁志坚博士 通讯作者：王蕾研究员，付宏刚教授 通讯单位：黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室 论文DOI：10.1002/adma.202408634 全文速览 本工作利用钴物种的层状生长作用和钒物种的一维导向作用合成了由纳米片组成的珊瑚状纳米阵列，促进了活性位点与电解质的广泛接触。分别通过氮化和磷化调节催化剂的电子结构，增强金属-氢键强度，优化氢吸附，促进质子转移，提高含氧中间体的转化以提高HER和OER催化活性。在1.0 M KOH溶液中，70°C、1.76 V下的条件下，该催化剂组装的AEMWE的电流密度为500 mA cm -2 ，并可稳定运行1000小时；其能耗为4.21 kWh Nm - 3 ，制氢成本为每公斤氢气0.93美元。原位同步辐射和Bode相角分析显示，在高能耗的OER过程中，钒的溶解使畸变的Co-O八面体结构转变为规则的正八面体结构，并伴随着Co-Co键长的缩短。这种 ………………………………