美高校开发三层双功能制氢催化剂

据搜狐新闻报道：由莱斯大学和休斯敦大学开发的一种新型高效、高度活跃的双功能催化剂可将水分解成氢和氧，而不需要像铂这样昂贵的金属

该研究小组认为，这项工作提供了一种简单的策略，即从地球丰富的材料中制造出高效的电催化剂，用于整体水分离。

由莱斯大学生产、休斯敦大学测试的电解膜是一种三层结构的镍、石墨烯和三元金属磷化物(FeMnP、铁、锰和磷)。泡沫镍使薄膜有一个较大的表面，使导电石墨烯保护镍不受降解，金属磷化物也能进行反应。

石墨烯，一种原子厚度的碳，是保护底层镍的关键。在化学气相沉积（CVD）炉中的镍泡沫上形成1至3层石墨烯，并且还通过CVD和单一前体将铁、锰和磷加在其上。

通过对镍泡沫和无石墨烯的磷化物进行了测试比较了中间的镍泡沫和无石墨烯的磷化物，结果发现导电石墨烯降低了氢和氧反应的电荷转移电阻。

Whitmire表示，该材料具有可扩展性，可应用于生产氢和氧的汽车工业中，也可用于电催化储存能量的太阳能和风力发电设施。

在氢进化反应(HER)和氧进化反应(OER)中，FeMnP表现出高的电催化活性。利用FeMnP / GNF作为阳极和阴极进行整体水分离,团队在低至1.55 V的电池电压下实现了10 mA cm-2的电流密度。通过密度泛函理论(DFT)的计算表明，暴露Fe和Mn位点的切面是实现HER高活性的必需条件。

Kenton Whitmire表示：“常规金属有时会在催化过程中氧化。通常，氢的进化反应是酸的，氧的进化反应是在碱中完成的。我们这次所研发的是一个稳定的材料，不管是在酸性还是碱性溶液中。”

这一发现建立在研究人员今年早些时候发明的一种简单的氧进化催化剂之上。在这项工作中，研究小组直接在一个半导体纳米线阵列上产生了催化剂，将太阳光转化为太阳能水分解的能量。