隨著近年來化石能源的日益消耗以及環(huán)境問題的逐漸惡化，能源危機(jī)迫在眉睫，新型可持續(xù)能源的需求也與日俱增。而電催化分解水產(chǎn)生氫氣能源的技術(shù)有望帶領(lǐng)人類走出這一困境的有效途徑之一。但是，由于電催化分解水活性電極多為貴金屬或貴金屬氧化物（如析氫催化電極鉑和析氧催化電極二氧化銥），因而其居高不下的造價(jià)成本成為阻礙這一新興技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的攔路虎。如何在保證電極材料具備高性能的前提下，采用其他低廉的活性電極是當(dāng)下電分解水能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
2017年7月6日，中山大學(xué)紀(jì)紅兵教授和童葉翔教授（共同通訊）課題組合作在Advanced Materials上發(fā)表了一篇題為“Cost-Effective Alkaline Water Electrolysis Based on Nitrogen- and Phosphorus-Doped Self-Supportive Electrocatalysts”的論文，為電解水領(lǐng)域展示了一種以廉價(jià)的不銹鋼網(wǎng)衍生出的能夠在堿性條件下高效分解水的電極材料。通過將普通商用的304型柔性不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行酸腐蝕剝離并在高溫利用氨氣以及磷化氫氣體活化處理，分別制備出了性能媲美金屬鉑和氧化銥電極性能的陽極和陰極電極。這種電極具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）成本低廉：304型柔性不銹鋼網(wǎng)每平方米售價(jià)40美元，而其他常用的非貴金屬替代電極材料如鎳網(wǎng)每平方米100美元，碳布每平方米875美元。金屬鉑和二氧化銥就更加昂貴得多。
（2）活性優(yōu)異：得益于表面的腐蝕剝離增加的活性比表面積以及高溫氨氣或磷化氫氣體的燒灼引入的氮或磷原子，制備的氮摻雜活化電極析氫活性與金屬鉑相近，磷摻雜活化電極析氧活性較二氧化銥高。電解水整體體系性能比傳統(tǒng)組合金屬鉑-二氧化銥系統(tǒng)的超電勢還要小。
（3）性能穩(wěn)定：整個(gè)體系將近6天不間斷工作時(shí)間之內(nèi)性能未觀察到任何衰減。
該文報(bào)道了一種以304型不銹鋼網(wǎng)為原材料，制備具有高比表面積和氮或磷原子摻雜的電分解水催化電極的方法，系統(tǒng)地研究了剝離腐蝕以及氮、磷原子的存在對樣品電化學(xué)析氫析氧性能所造成的影響，并對其中各樣品的物相組成進(jìn)行了深入的分析，從而成功的設(shè)計(jì)組裝出了具備媲美貴金屬或貴金屬氧化物性能的電分解水能源轉(zhuǎn)化裝置。所制備的電極同時(shí)具有價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。可為電分解水研究領(lǐng)域的科研工作者參考，推進(jìn)電解水能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用。
文章鏈接：Balogun M. et al. Cost-Effective Alkaline Water Electrolysis Based onNitrogen- and Phosphorus-Doped Self-Supportive Electrocatalysts, Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702095
