寧波材料所發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)材料穩(wěn)定高效電化學(xué)性能的表面自適應(yīng)鈍化機理
在金屬合金、新能源材料、生物醫(yī)療材料與器件等領(lǐng)域中，使役材料表面與環(huán)境之間普遍存在的反應(yīng)往往會極大影響材料穩(wěn)定性和應(yīng)用性能。因此，探索材料表面與環(huán)境的相互作用規(guī)律、微觀機理和有效調(diào)控是亟待系統(tǒng)解決的關(guān)鍵問題。
近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料全國重點實驗室和前沿交叉科學(xué)研究中心的理論研究人員與寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院的實驗團隊緊密合作，探索過渡金屬磷化物這種典型防腐電鍍涂層材料在長效穩(wěn)定水解催化方面的應(yīng)用，成功實現(xiàn)了創(chuàng)記錄的雙功能水解反應(yīng)活性（即析氫和析氧），并發(fā)現(xiàn)了決定其優(yōu)異催化穩(wěn)定性和水解性能的表面自適應(yīng)鈍化機理。
研究人員設(shè)計的 Ni2P-Fe2P 納米異質(zhì)結(jié)材料在析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）中展現(xiàn)出卓越性能，在寬電流密度范圍（10~200mA cm-2）內(nèi)均實現(xiàn)了極低的過電位、快速的動力學(xué)響應(yīng)（Tafel 斜率分別為 77.1 mV dec-1和 58.6 mV dec-1）以及領(lǐng)先的穩(wěn)定性-過電位綜合性能。研究人員進一步揭示了其優(yōu)異性能源于材料表面存在的顯著協(xié)同效應(yīng)，包括表面自適應(yīng)鈍化反應(yīng)（氫化與氧化）、界面電子轉(zhuǎn)移以及界面協(xié)同傳質(zhì)等關(guān)鍵微觀機制。這一機理不僅清晰闡釋了過渡金屬磷化物在催化服役過程中表面自適應(yīng)鈍化過程及其對催化機理與性能的重要影響，而且提供了材料自適應(yīng)環(huán)境提高服役穩(wěn)定性的新思路。
相關(guān)研究成果已經(jīng)以“Dual-site catalysis in Ni-Fe phosphides: understanding the bifunctional mechanism for water splitting”為題發(fā)表在國際期刊Small上（DOI: 10.1002/smll.202502054），寧波大學(xué)碩士生秦夢媛和寧波材料所博士生葉錦濤為共同第一作者，寧波材料所黃良鋒研究員和寧波大學(xué)辛星副教授為通訊作者。本項成果獲國家自然科學(xué)基金項目（22272192、U21A20127、51901106）和寧波市重點研發(fā)項目（2022Z09）的資助。
表面自適應(yīng)氫/氧化理論及其性能的實驗表征
（前沿交叉科學(xué)研究中心?葉錦濤）