近日，东北大学冶金与材料过程外场控制研究团队在国际高水平期刊Applied Catalysis B: Environmental发表了题为“Magnetic field assisted synthesis of dense braided rope NiCoP as a highly efficient hydrogen evolution electrocatalyst”的研究论文。东北大学为该论文的第一作者单位，东北大学冶金学院博士研究生王钟为第一作者，王强教授与袁双副教授为共同通讯作者。

当前，不断增长的能源需求，加速了化石燃料的枯竭，威胁着人类的可持续发展。因此，开发清洁能源成为替代化石燃料、推动低/零碳经济的最紧迫任务。在现有的许多选择中，氢能是一种高能量密度的清洁能源载体，并且在使用时不会排放二氧化碳，在未来的冶金等领域具有极大的应用前景。
可再生能源驱动的电催化水分解是最有前途的绿色制氢工艺，也被认为是一种重要的能量储存途径，可以用于解决可再生能源的不可靠性和间歇性等问题。然而，电催化水分解的规模化应用受到贵金属催化剂的高成本和稀缺性的限制。为了实现国家的“双碳”战略，推进氢能产业摆脱能源困境，开发价格低廉且储存量丰富的非贵金属催化剂，具有重要意义。
东北大学冶金与材料过程外场控制研究团队采用磁场调控催化剂材料的生长过程，突破了传统制备方法在材料制备过程中的多种限制，实现了高活性NiCoP催化剂形貌、元素比例、负载量的同步调控和高效制备，并结合COMSOL数值模拟和高速摄像机的观察，明确了磁场的施加对溶剂的浓差极化、Ni/Co负载比例、气体析出及脱离过程的影响效果，揭示了磁场的磁流体力学效应（MHD）对上述过程的影响机制。团队也通过第一性原理（DFT）揭示了催化剂中不同的Ni、Co金属元素含量对性能的影响效果和机制。
为了探究催化剂规模化和商业化的可能性，团队利用催化剂组装了“太阳能电池板-电解水装置-燃料电池”系统组件，通过太阳能电池发电驱动电催化水分解制氢，再利用氢气驱动燃料电池汽车运动。通过上述实验的测试，验证了磁场下制备的NiCoP催化剂具有高活性及高效制氢的效果。
该研究采用磁场有效调控了NiCoP催化剂的形貌，与无磁下制备的纳米花状NiCoP相比较，NiCoP-600展现出了更大的电化学活性面积、更快的电子转移能力、更好的亲水性能。磁场也可以优化Ni与Co的比例和催化剂的获得量，有利于催化剂性能的优化。
除该项工作外，近两年该团队在磁场下催化剂材料结构调控与优化方面进行了多种探索，已取得多个阶段性研究成果，相关技术将为未来高活性催化剂及其他功能材料的结构设计和制备提供理论和技术支撑。
相关研究获得国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、中央高校基本科研业务费（东北大学低碳钢铁前沿技术研究院）等多个项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123579