在电催化剂上形成的纳米针提高了氢气的产量
低成本、高效的氢气生产是开发替代清洁能源的重要一步。电化学水分解利用电催化剂将水分解成氢和氧元素，是生产氢气的可行选择。传统上，催化剂基于铂等昂贵的元素，这使得该技术难以广泛的商业规模应用。
在最近发表的一篇论文中，研究人员演示了如何将钼添加到镍钴磷化物催化剂中，并通过梯度水热工艺合成，其中催化剂在 10 小时内加热到 100 度、150 度，然后是 180 摄氏度，独特的微观结构提高了催化剂的性能，从而使氢气生产更适用于大规模氢气生产。
该论文于7月26日发表在《Nano Research》 上。
“梯度水热和磷化过程的创新组合形成了微球结构，”中国上海上海大学科学学院和可持续能源研究所教授赵玉峰说。“这些直径约为 5 至 10 纳米的纳米颗粒形成纳米针，随后自组装成球形结构。纳米针为有效的电子转移提供了丰富的活性位点，小尺寸颗粒和微米级粗糙度的存在增强了氢气泡的释放。”
为了创造这种独特的微观结构，研究人员采用了一种称为元素掺杂的技术。元素掺杂是有意向催化剂添加杂质以提高其活性。在这项研究中，将钼(Mo)添加到双金属镍钴(Ni-Co)磷化物(P)中。由于钴和镍离子相互作用的方式，镍钴磷化物已经具有卓越的电催化性能。添加钼，然后使用梯度水热工艺，将钼掺杂的 Ni-CoP 沉积到泡沫镍上。经过这个过程，磷化物上形成了独特的纳米针微观结构。
“微量钼掺杂优化了电子结构并增加了电活性位点的数量，”赵说。对 Mo 掺杂 Ni-CoP 催化剂的可靠性、稳定性和性能进行了测试。100 小时后，其密度几乎保持不变，并且其结构保持良好，部分归功于纳米针的独特结构，可防止催化剂在氢气积聚时崩溃。计算还表明磷化物催化剂非常有效。
展望未来，研究人员希望测试该反应在不同溶液中的性能，例如酸性和中性溶液。未来的研究还将寻找泡沫镍的替代品，例如钛网，它可以在 pH 范围内运行。“在未来的工作中，我们建议探索该催化剂在尿素等小分子氧化辅助制氢中的应用。这种方法将降低水电解的过电势，减轻尿素废水造成的环境污染。”赵说。
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