由于中性介质中析氢反应动力学缓慢，且速率决定步骤的切换，因此开发高效的电催化剂以进行析氢反应（HER）仍然是一个挑战。虽然金属磷化物是一种广泛使用的HER催化剂，但由于氧化作用，其结构稳定性存在问题，并且在中性介质中的HER性能有待提高。
有鉴于此，伦敦大学学院Ivan P. Parkin教授、何冠杰和中国科学院福建物质结构研究所柴国良研究员等人，开发了一种新型材料，即位于碳纳米管上的葡萄藤状掺氮磷化铁，作为一种高效的中性介质HER催化剂。
本文要点
1）开发了一种简单的策略，通过在FeP材料的结构中引入N原子作为中性介质的HER电催化剂来稳定金属磷化物的结构，并提高其本征催化活性。同时，在导电3D碳框架内形成葡萄藤状空心结构以增加活性位点。CNT可以进一步改善整个结构的电导率并且将FeP活性结构均匀地分散在负载的CNT上，这有利于增强的HER性能。
2）优化后的催化剂在65 mA cm−2大电流密度下的过电位为256 mV，甚至比工业用的20% Pt/C催化剂低10 mV。该催化剂的稳定性良好，经过20 h的稳定性试验，性能无明显下降。
3）此外，实验和计算相结合的研究表明，氮的掺杂可以在不改变材料晶体结构的情况下优化材料的电子结构和H*吸附。与原始FeP相比，通过密度泛函理论(DFT)计算证实，掺N的FeP (FeP:N)可以提高水离解效率和H2的生成。FeP：N中羟基与Fe之间的结合强度大大减弱，这表明N掺杂剂可通过防止FeP在HER过程中形成Fe-OH物种，从而稳定FeP的结构。
参考文献：
Siyu Zhao et al. Enhancing Hydrogen Evolution Electrocatalytic Performance in Neutral Media via Nitrogen and Iron Phosphide Interactions. Small Science, 2021.
DOI: 10.1002/smsc.202100032
https://doi.org/10.1002/smsc.202100032
