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科学家开发了一种低成本、高效率的可调硼掺杂磷化钴催化剂，用于电化学水分解。
氢是一种清洁能源，有助于减少温室气体排放。然而，它的大规模生产目前受到电化学水分解所需的昂贵和稀有催化剂的阻碍。在一项新的研究中，汉阳大学（Hanyang University）研究人员开发了一种新型的可调硼掺杂磷化钴纳米片基电催化剂，使用金属有机框架。这些电催化剂具有高效率、低成本和长期稳定性，具有实现大规模制氢的潜力。
为了减少温室气体排放，应对气候变化，世界迫切需要清洁和可再生能源。氢就是这样一种清洁能源，它的碳含量为零，按重量计算储存的能量比汽油多得多。一种很有前途的制氢方法是电化学水分解，这是一种用电将水分解成氢和氧的过程。
不幸的是，由于需要由昂贵的稀土金属制成的催化剂，使用这种方法大规模生产氢气目前是不可行的。其中，过渡金属磷化物（TMPs）作为析氢反应（HER）产氢侧的催化剂，由于其良好的性能而引起了人们的广泛关注。然而，它们在析氧反应（OER）中表现不佳，从而降低了整体效率。
在最近的一项突破中，由Seunghyun Lee教授领导的研究小组，包括来自韩国汉阳大学ERICA校区的Dun Chan Cha先生，已经开发出一种新型的可调电催化剂，使用掺杂硼的磷化钴（CoP）纳米片。
Lee教授解释说：“我们利用金属有机骨架，通过调整硼掺杂和磷含量，成功地开发了基于磷化钴的纳米材料。”
“这些材料比传统的电催化剂具有更好的性能和更低的成本，使它们适合大规模制氢。”
他们的研究发表在2025年3月19日的《Small》杂志上。
研究人员使用了一种创新的策略来制造这些材料，使用钴（Co）基金属有机框架（MOFs）。
Cha先生指出：“金属有机框架（MOFs）是设计和合成具有所需成分和结构的纳米材料的优秀前驱体。”
首先，他们在泡沫镍（NF）上生长Co-MOF。然后，他们将该材料与硼氢化钠（NaBH4）进行合成后改性（PSM）反应，从而获得硼的整合。随后，使用不同量的次亚磷酸钠（NaH2PO2）进行磷酸化处理，从而形成三种不同的硼掺杂磷化钴纳米片样品（B-CoP@NC/NF）。
实验表明，这三种样品都具有较大的表面积和介孔结构，这是提高电催化活性的关键特征。结果，三种样品均表现出优异的OER和HER性能。使用B-CoP0.5@NC/NF电极开发的碱性电解槽显示，在电流密度为10mA cm-2时，电池电位仅为1.59V，低于许多最新的电解槽。此外，在高于50mA cm-2的高电流密度下，它甚至优于最先进的RuO₂/NF(+)和20% Pt-C/NF(−)电解槽，同时也表现出长期稳定性，保持其性能超过100小时。密度泛函理论（DFT）的计算支持了这些发现，并阐明了硼掺杂和调节磷含量的作用。
Lee教授说：“我们的发现为设计和合成下一代高效催化剂提供了蓝图，这些催化剂可以大幅降低氢的生产成本。”
“这是实现大规模绿色制氢的重要一步，最终将有助于减少全球碳排放和缓解气候变化。”
（素材来自：Hanyang University 全球氢能网、新能源网综合）
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