《鐵族金屬磷基納米材料製備及催化析氫研究》是依託南開大學，由程方益擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵族金屬磷基納米材料製備及催化析氫研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：程方益
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鐵族金屬磷化物及合金可作為低成本、來源豐富的非貴金屬析氫催化劑，套用於電解水制氫。本項目將探索Fe、Co、Ni等鐵族磷基納米材料的可控制備與形貌尺寸調控，獲得具有高純度、小粒徑、單分散、大比表面積等特性的納米催化劑，測試其催化析氫性能，採用密度泛函理論計算並結合電鏡、光譜、能譜、伏安、阻抗等實驗分析手段，研究構效關係和催化機制，闡明本徵催化活性與材料化學組成、晶體結構、形貌、尺寸、結晶度、晶面取向、合金化程度、缺陷等理化參數的關聯規律，揭示影響性能的關鍵因素，發展有效表面修飾改性方法，拓寬Fe-P、Ni-P、Co-P等催化材料在酸鹼性介質中的適用範圍，提高其催化活性及循環使用穩定性，為廉價、高效鐵族金屬基析氫催化劑的設計和製備提供理論指導和實驗依據。
結題摘要
電解水是製備高純度氫氣的有效方法之一，在清潔能源領域具有重要的套用前景。鐵族金屬及化合物作為析氫電催化劑具有低成本、來源豐富等優點。本項目圍繞Fe、Co、Ni等鐵族磷基納米材料的可控制備及電催化析氫性能開展研究，主要研究內容和結果包括：（1）採用自模板法及固相磷化法製備出多孔多殼式磷化鎳空心微球結構，鹼性介質中10 mA/cm2電流密度析氫過電位僅需98 mV，全解水電壓為1.57 V，結合電化學和原位光譜等方法揭示原位生成的Ni2P/NiOOH異質結構為析氧活性中心。（2）提出了含氧酸陰離子輔助陰極還原電沉積製備高性能氫氧化物/氧化物電極材料的新方法，通過利用離子插入性質增強沉積物與基底界面結合力，利用馬賽克納米結構中Ni/Ce複合調控電子性質，同時提高電解水電極的催化活性與穩定性。（3）設計製備了系列多元非晶鈷基磷化物催化劑，泡沫鎳負載的超親水Co-B-P納米片10 mA/cm2電流密度析氫過電位低至42 mV，系統研究了形貌、組成對催化性能的影響，揭示了Co/B/P三元組分對氫吸附能最佳化、金屬活性位點保護的協同作用機制。本項目研究結果可為新型高效鐵族金屬磷化物電解水制氫催化劑的設計、製備和套用提供一定借鑑參考。
