洁净煤技术

作者：王思琼, 李健, 耿硕, 张坤, 张海丰, 韩晓彤

关键词：电化学,电解水,制氢,电子结构,无定形,掺杂工程

电解水制氢作为实现可持续能源转换与碳中和目标的重要技术路径，因其过程中不依赖化石燃料、产物为高纯氢气，具备过程清洁、能量转化效率高等优势，正受到日益广泛的关注。然而，目前商业化制氢过程普遍依赖以Pt为代表的贵金属催化剂，虽然其具有优异的析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction, HER）催化性能，但由于资源稀缺性和成本高昂，严重制约了其在大规模应用中的可行性。因此，开发兼具高催化活性、稳定性和低成本的非贵金属HER催化剂成为当前研究的前沿与热点。采用一步电化学沉积策略，在三维泡沫镍基底上成功构筑了Fe掺杂亚磷酸氢镍材料（Fe-Ni(H2PO2)2）。结构与形貌表征结果显示：该材料呈现均一的微球形貌，具有无定形结构特征，显著增加电化学活性位点的暴露面积，进而提升催化效率。进一步研究发现，Fe元素的引入可通过电子协同效应调控Ni活性中心的电子结构，有效促进电荷在电极–电解液界面的转移速率，从而提升整体HER催化性能。电化学性能测试结果表明，在电沉积电流为500 mA，Fe掺杂原子比例为30%条件下，所制备的Fe-Ni(H2PO2)2催化剂展现出最优的HER性能，仅需72 mV的过电位即可驱动析氢反应达到10 mA/cm2的电流密度，其塔菲尔斜率为65 mV/dec，表明其具有较快的反应动力学。此外，该材料表现出较高的电化学活性表面积和良好的电荷传输能力，可有效提高参与催化反应的活性位点数量，进而加快析氢反应速率。长期稳定性测试显示，该催化剂在连续工作20 h后仍能保持稳定电流输出，未出现明显的活性衰减，体现出良好的电化学稳定性和应用潜力。综上所述，该Fe-Ni(H2PO2)2材料在在绿色、高效、低成本的电解水制氢领域展现出广阔的应用前景。

来源：2025年第7期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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