過渡金屬磷化物(wù)(TMPs)由于低廉的價格和優異的電(diàn)催化活性受到越來越多的關注，被認爲是替代貴金屬材料的理想材料。近年來，一(yī)維納米線/二維納米片複合材料的合成引起了人們的興趣，因爲基于2D/1D 磷化物(wù)的異質結構能夠增加活性位點的數量和加速載流子遷移率，表現出比任何單一(yī)成分(fēn)更顯著的性能。
過渡金屬磷化物(wù)(TMPs)由于低廉的價格和優異的電(diàn)催化活性受到越來越多的關注，被認爲是替代貴金屬材料的理想材料。近年來，一(yī)維納米線/二維納米片複合材料的合成引起了人們的興趣，因爲基于2D/1D 磷化物(wù)的異質結構能夠增加活性位點的數量和加速載流子遷移率，表現出比任何單一(yī)成分(fēn)更顯著的性能。然而由于二維和一(yī)維納米結構的生(shēng)長機制不同，大(dà)多數二維/一(yī)維異質結構通常是采用多步驟方法下(xià)合成，或存在模闆、封蓋劑的情況下(xià)形成。因此，在沒有模闆輔助的情況下(xià)，開(kāi)發一(yī)種簡單和可控的合成策略來設計2D/1D異質結構仍然是一(yī)個挑戰。近日，湖南(nán)大(dà)學黃桂芳和黃維清教授（通訊作者）、碩士生(shēng)畢浩浩和博士生(shēng)李波（共同第一(yī)作者）提出了一(yī)種簡單合成策略——基于原位過飽和觸發維度和相控生(shēng)長機制——設計制備了垂直排列的2D CoFeP 納米片/1D Fe-CoP 納米線(2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs)異質結構。研究人員(yuán)發現原位制備合成的2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs 由垂直取向的2D納米片與大(dà)量的1D納米線構成，提供了豐富的延伸邊緣位點和高度暴露的活性位點，而且良好的2D-1D界面和高度不連續空間開(kāi)放(fàng)式結構能夠促進電(diàn)荷轉移和氣泡的演化。由于這些優異的特性，該異質結構與FeP納米片和CoP納米線相比表現出顯著的HER和OER性能。此外(wài)在電(diàn)池電(diàn)壓爲1.62 V時，該催化劑實現全解水電(diàn)流密度10 mA cm-2。該工(gōng)作爲設計多功能和高活性的非貴金屬催化劑提供了一(yī)種簡便以及可擴展的策略。相關結果已在知(zhī)名期刊Applied Physics Letters (DOI:10.1063/5.0041080)上以封面論文發表，題爲“Supersaturation-triggered synthesis of 2D/1D phosphide heterostructures as multi-functional catalysts for water splitting”
圖1. 2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs催化劑制備過程的示意圖
2D CoFeP 納米片/1D Fe-CoP 納米線(2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs)主要制備過程如下(xià)：1. 通過水熱法制備前驅體(tǐ)：硝酸钴(Co源)，硝酸鐵(Fe源)，尿素和氟化铵混合攪拌溶解。将混合溶液置入反應釜中(zhōng)并在120°C的溫度下(xià)保持6h；2. 低溫磷化反應生(shēng)成2D/1D CoFePNSs@Fe-CoPNWs：将水熱反應後的前驅體(tǐ)置入瓷舟内并在氩氣氛圍下(xià)加熱并保持2h，待樣品冷卻至室溫，最終得到2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs。圖2. 2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs催化劑的微觀結構表征
a)2D Co@Fe/1D Fe-doped Co氫氧化物(wù)的SEM圖像；b)2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的SEM圖像；c,d) Fe-CoP納米線不同放(fàng)大(dà)倍數下(xià)的TEM圖像；e) 2D/1DCoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的TEM圖像；f)CoFeP納米片的HRTEM圖像以及SAED圖案；g)Fe-CoP納米線的HRTEM圖像以及SAED圖案。圖3. 2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs催化劑在堿性電(diàn)解質中(zhōng)HER的電(diàn)化學表征
a)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的極化曲線圖；b)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的塔菲爾斜率圖；c)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的阻抗圖譜；d)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品在不同速率下(xià)的CV曲線圖；e)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的電(diàn)流密度随掃描速率的變化；f)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品在恒電(diàn)位下(xià)的耐久性測試圖；g)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs與Fe/Co基催化劑的HER活性對比圖。圖4. 2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs催化劑在堿性電(diàn)解質中(zhōng)OER的電(diàn)化學表征
a)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的極化曲線圖；b)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的塔菲爾斜率圖；c)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的阻抗圖譜；d)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品在不同速率下(xià)的CV曲線圖；e) CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的電(diàn)流密度随掃描速率的變化；f)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品在恒電(diàn)位下(xià)的耐久性測試圖。圖5. CoFeP NSs@Fe-CoP NWs催化劑在堿性電(diàn)解質中(zhōng)的全水解的電(diàn)化學表征
a)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品的極化曲線圖；b)CoFeP NSs@Fe-CoP NWs樣品在恒電(diàn)位下(xià)的耐久性測試圖。該研究首次通過過飽和觸發維度和相控生(shēng)長策略構建2D/1D CoFeP NSs@Fe-CoP NWs異質結構，且此催化劑表現出優越的HER,OER和全水解電(diàn)催化性能。該合成策略能夠用于設計具有優異的多功能電(diàn)催化性能的2D/1D磷化物(wù)異質結構催化劑，也将爲推進能源相關應用的多維納米結構開(kāi)辟另一(yī)種途徑。
文章轉載自微信公衆号：材料人
