电解水制氢是一种清洁、可持续的大规模制备氢气的方法。然而，电解水反应中析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的缓慢电极动力学过程增加了电解水的能耗和经济成本，造成电解水制氢难以大规模实际应用。无论是在水的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，过渡金属磷化物已被证明具有较好的电催化活性，是一种非常具有前景的电催化剂。研究人员已经合成制备了具有高比表面积的磷化钴纳米线、纳米片、纳米管、空心多面体和高度支化的纳米结构等材料，然而这些材料的结构不稳定，易团聚失活。为了最大限度地提高对这两种反应的催化活性，需要在保持反应活性和避免聚合的同时限制催化剂的尺寸。空心纳米框架结构具有高表面积、大孔体积和高原子利用率的优势，而且中空纳米结构(nanoframes)为内部空间提供了足够的通道，更重要的是，其结构稳定，不易团聚失活。近日，同济大学的陈作锋等人采用包括沉淀、化学蚀刻和低温磷化步骤的策略来设计和合成CoP纳米框架(CoP NFs)。制备的CoP纳米框架催化剂对HER和OER产生了优异的双功能催化活性，在0.5 M H₂SO₄和1 M KOH溶液中，产生10 mA cm^–2的HER催化电流仅需122和136 mV的过电势；在1 MKOH溶液中产生相同的OER催化电流仅需323 mV的过电势，用于高效的电解水装置时，其电流密度为10 mA cm^-2所需的电压仅为1.65 V。该策略还可以被推广用于制备具有X = S、Se和Te的纳米框架CoX₂ NFs。密度泛函理论计算支持的电化学测量结果表明，他们对HER的催化活性依次为:CoP NFs > CoSe₂ NFs > CoS₂ NFs > CoTe₂ NFs。

Lvlv Ji; Jianying Wang; Xue Teng; Thomas J. Meyer; Zuofeng Chen. CoP Nanoframes as Bifunctional Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b03623

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03623