李亚栋:金属掺杂调控析氢催化剂电子结构

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氢气因其清洁，高效和可再生而被视为一种很有前景的能量载体。通过水分解的氢析出反应（HER）被认为是一种很有前景的技术。该技术的实际应用取决于低成本高效非贵金属催化剂的开发，以取代价格高、丰度低的贵金属铂基催化剂。研究发现，由于与氢化酶的结构相似，过渡金属磷化物（TMPs）是HER有应用潜力的电催化剂。然而，由于动力学迟缓导致电催化速率受限，使得TMPs的催化性能与贵金属Pt基催化剂相比仍相差甚远。目前大多数TMP仅在酸性介质中起作用。因此，人们越来越关注通过降低过电位和提高稳定性来提高TMPs的催化效率及应用范围。

近日，清华大学李亚栋教授和陈晨副教授（通讯作者）研究团队在国际期刊Nano Energy上发表了题为“Electronic Structure and d-Band Center Control Engineering over M-doped CoP (M = Ni, Mn, Fe) Hollow Polyhedron Frames for Boosting Hydrogen Production”的研究文章。在此研究中，作者提出以自模板转化法合成金属掺杂的磷化钴中空多面体催化剂，在酸/碱性介质均表现出优异的电催化活性。作者基于DFT计算和XPS、XANES等表征，研究了不同金属掺杂对催化剂电子结构及析氢性能的影响。
本文以ZIF-67为原料，经过自模板转化方法成功制备出在酸/碱性介质均具有高催化活性的金属掺杂的磷化钴中空多面体催化剂（M-doped CoP/HPFs (M = Ni,Mn, Fe)）。通过金属掺杂，可有效调节催化剂的电子结构与d带中心，从而调控催化剂的氢吸附自由能，促进催化析氢性能。该工作为设计各种过渡金属掺杂化合物，如氧化物、硫化物以及用于能源电催化的磷化物提供了指导。

Electronic Structure and d-Band Center Control Engineering over M-doped CoP (M = Ni, Mn, Fe) Hollow Polyhedron Frames for Boosting Hydrogen Production

(Nano Energy，2018，DOI：10.1016/j.nanoen.2018.11.034)

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518308474?via%3Dihub