郑州大学化学与分子工程学院麦松威院士团队在高效电催化析氢及氧还原双功能催化剂...

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近日，郑州大学化学与分子工程学院麦松威院士研究团队在高效电催化析氢及氧还原双功能催化剂方面取得积极进展。相关成果“MOF-Derived Bifunctional Cu3P Nanoparticles Coated by a N,P-Codoped Carbon Shell for Hydrogen Evolution and Oxygen Reduction”以郑州大学为第一单位发表于国际知名期刊《Advanced Materials》上（影响因子为19.791）。文章第一作者为化学与分子工程学院2015级博士研究生王锐，通讯作者为化学与分子工程学院臧双全教授。该研究得到国家自然科学基金、河南省杰出青年基金以及郑州大学专项基金的资助。
    有效的析氢反应和氧还原反应是构建可持续发展的氢能源社会的两个至关重要的化学反应过程，前者涉及氢气的生产制备过程而后者涉及了决定氢能源利用效率的关键反应过程。目前，成熟高效的催化剂主要集中于铂（Pt）及其合金等贵金属催化剂，然而其高成本以及低储量大大限制了这种绿色能源技术的商业化开发与应用。因此，开发高性能、低成本的非贵金属基析氢及氧还原催化剂对提高绿色能源的转换与存储显得尤为关键。近年来，具有高产氢活性、高稳定性等诸多优势的过渡金属磷化物逐渐成为各国科研工作者的研究热点。目前绝大多数的该类析氢催化剂研究主要集中在铁、钴、镍、钼等金属元素上。与之相比，铜元素是一种价格低廉，地壳储量更加丰富的过渡金属元素，但是基于铜元素的过渡金属磷化物（Cu3P）材料在该方面的研究还非常少见。
    郑州大学化学与分子工程学院麦松威院士团队长期从事于货币金属（金、银、铜）纳米团簇、MOF基能源材料的研究，尤其在前期研究中首次利用染料配体组装得到铜基染料配体敏化的MOF材料，并将其应用于光催化分解水产氢，也是第一例报道的铜基MOF材料在光催化产氢中的应用研究（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2073 –2077）。在此研究的基础上该课题组首次基于一种氮磷双杂原子混配型铜基金属-有机框架材料（Cu-NPMOF），制备了一种新型的氮、磷共掺杂多孔碳包覆磷化亚铜纳米颗粒复合型电催化产氢及氧还原双功能催化剂（Cu3P@NPPC）。得益于氮、磷掺杂碳基质的多级孔结构以及与磷化亚铜纳米颗粒的协同催化作用，该催化剂在酸性电解质溶液中表现出突出的HER电催化性能。同时，研究还发现，该复合型催化剂在碱性电解质溶液中也展现出了优越的ORR电催化性能，而且无论在电催化析氢反应还是氧还原反应中均表现出优异的稳定性。