日益加剧的环境和能源问题给现代社会的发展带来了巨大的挑战，因此探索廉价高效的电催化剂以实现高效能源转化迫在眉睫。过渡金属磷化物由于具有丰富的活性位点，独特的物理化学性质，可调的组分结构，对氢析出（HER）、氧析出（OER）以及氧还原（ORR）具有良好的催化活性，引起了研究人员的广泛关注。近日，帝国理工学院的Andres Parra-Puerto和Anthony Kucernak合作采用一种非常简单和可扩展的方法，利用无毒金属和磷前体，通过热解法制备了碳负载MxPy (M = Ni, Co, W, Cr, Mo)。研究了这些催化剂在酸性和碱性条件下的电化学析氢(HER)、氧还原(ORR)和析氧(OER)反应和耐腐蚀性，并与HER/ORR反应的基准催化剂Pt/C和OER的IrO₂基准催化剂进行比较。在碱性溶液中，Co₂P在HER和ORR的催化活性最，而Ni₂P对OER的活性最高。虽然这些催化剂在酸性介质中易受腐蚀，但他们也对这些反应表现出良好活性。Co₂P在碱性环境中表现出对氧还原反应(ORR)的高催化活性，且无明显的迟滞现象，获得的起始电位(0.5 mA cm-2)为0.8 V(vs RHE)，Tafel斜率值为38 mV de^-1，并且在0.7 V(vs RHE)时的最大动态质量活性为2870 A g^-1Co。利用高分辨率透射电镜，可以观察到在ORR开始时，Co₂P颗粒表面具有高表面积的针状单晶氧化钴结构。因此，Co₂P的初始腐蚀速率较高应该与钴氧化物在颗粒表面的溶解和沉淀有关。在碱性条件下，以1.6 (vs RHE)进行的OER 8-h稳定性测试中，合成的Co₂P/C也显示出良好的性能，电流密度随时间的下降可以忽略不计。有趣的是，在酸性环境中，催化剂对二电子氧还原反应非常活跃，对H₂O₂具有较高的催化选择性(85%)。另外，该催化剂在ORR中对pH的依赖性与金催化剂类似。

Andres Parra-Puerto, Kai Ling Ng, Kieran Fahy, Angela E. Goode, Mary P. Ryan, Anthony Kucernak. Supported Transition Metal Phosphides: Activity Survey for HER, ORR, OER, and Corrosion Resistance in Acid and Alkaline Electrolytes. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b03359

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03359