“双碳”背景下，氢能的开发与应用成为当前研究热点。电解水制氢是一种极具应用潜力的制氢方法。然而，电解水过程中高的能量壁垒导致的低能源转换效率，限制了电催化制氢在实际生产中的大规模应用。
近日，机电工程学院金属材料工程专业教师孙永开博士在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（中科院SCI一区，影响因子18.5）上发表题为“Superhydrophilic V-Doped CoP Nanoparticles@Cu3P Nanotubes with Vacancy and Interface Engineering for Synergistically Enhanced Electrocatalytic Overall Water Splitting”研究论文，李镇江教授为通讯作者。该研究成功设计并制备出一种新型高效双功能电催化剂（Vp-V-CoP@Cu₃P HNTAs/CF），在氢能开发领域取得重要进展，为低成本、高性能电解水制氢技术提供了创新解决方案。
图1 Vp-V-CoP@Cu₃P HNTAs/CF电催化剂合成示意图
研究团队通过钒掺杂、磷空位调控与异质结界面工程的协同作用，在泡沫铜基底上原位构建了超亲水性纳米管阵列结构（图1）。该催化剂在碱性电解液中展现出优异的催化性能，在10 mA cm-2电流密度的析氢反应（HER）过电位仅需35 mV；析氧反应（OER）过电位低至192 mV；同时，以Vp-V-CoP@Cu₃P HNTAs/CF分别为阴、阳极组装的全解水电解槽的槽电压仅需1.46 V，并稳定运行200小时无明显活性衰减。机理研究表明，电催化剂独特的纳米管阵列结构大幅增加活性位点的暴露，同时利用异质结内置电场与钒掺杂诱导空位产生的局部内部电场加速电荷传输，显著提升反应动力学（图2）。此外，超亲水表面特性促进了电解液与活性位点的充分接触，不仅增加了活性位点的利用效率还能减小电荷迁移阻抗，显著提高电催化性能，为工业化应用奠定了重要基础。
论文信息：Yongkai Sun, Jingjie Dai, He Lv, Lan Dong, Zhenyu Wang, Hao Feng, Buxiao Meng, Zhenjiang Li*. Superhydrophilic V-Doped CoP Nanoparticles@Cu3P Nanotubes with Vacancy and Interface Engineering for Synergistically Enhanced Electrocatalytic Overall Water Splitting[J]. Advanced Functional Materials, 2025, https://doi.org/10.1002/adfm.202505867.
