刘文欢, 王康康, 窦嘉阳, 张彤琛, 董社英

高等学校化学学报 2024, 45 (4): 20240005-. DOI:10.7503/cjcu20240005

摘要（41）

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发展高效稳定的析氢反应(HER)是实现电解水技术广泛应用于工业的关键. 本文以泡沫镍(NF)为基材, 通过水热-热解-电沉积法合成了具有三维高分散非均相的HER催化剂CuAl@Co₂P/NF. 研究发现, 晶面与非晶面异质结的形成增加了该催化剂自身的活性位点, 各元素之间的协同作用使体系内Co原子核外电子重新排布, 降低了对吸附H^*的吸附能力, 加快了析氢反应过程中的反应动力学. 该催化剂在碱性和酸性介质中均表现出良好的HER活性和稳定性, 电流密度为10 mA/cm²时的过电势分别为83和27 mV, 尤其在碱性环境下连续工作72 h后的电位基本保持不变.

稳定性同样是评估催化剂HER活性的一个重要依据. 将CuAl@Co₂P/NF作为工作电极放置在 0.5 mol/L H₂SO₄和1 mol/L KOH溶液中，分别施加0.387和1.097 V的恒定电压，通过电流密度的变化来评估催化剂的稳定性. 由图9（A）得知，在酸性介质中电流密度呈先上升后下降的趋势，这是因为在开始施加电压时，催化剂的表面由于电流的作用生成了更多的氧化物质，而这些氧化物质有利于HER反应；下降的原因是在酸性条件下磷化物不稳定，与硫酸反应使部分磷化物脱落导致电流密度降低. 在碱性环境中经过72 h的稳定性测试，电流密度仅下降2.2 mA/cm2［图9（B）］，经长时间反应部分催化剂从NF表面脱落是电流密度下降的主要原因. 由图9（C）可见， CuAl@Co₂P/NF经过72 h的稳定性测试后，除了Cu转化为Cu（OH）₂，其它物质的特征峰基本没有发生改变，表明CuAl@Co₂P/NF具有很强的稳定性.