上海大学材料基因组工程研究院冯凌燕教授课题组近日在《Chemical Engineering Journal》（IF: 13.273，JCR和中科院一区Top）上发表题为“Porous Mn-doped Cobalt Phosphide Nanosheets as Highly Active Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction”的研究论文。论文第一单位为上海大学材料基因组工程研究院，博士生刘艺昊为第一作者，冯凌燕教授和复旦大学车仁超教授为共同通讯作者。工作同时还得到了材料学院李文献教授和中科院上海硅酸盐研究所刘建军研究员的鼎力支持。




图1 多孔Mn-CoP纳米片制备策略



图2 Mn-CoP催化剂电解水氧析出过程示意图


探索新型的钴基电解水析氧（OER）催化材料来替代贵金属材料备受关注，然而常受限于材料本身导电性差，结构调控复杂以及反应动力学缓慢，严重阻碍了其实际应用。因此寻找一种简单可控的方法制备高效催化剂，并进一步阐明其催化机理是该领域一个重要的挑战。
该研究团队通过简单的水溶液原位刻蚀和低温磷化的策略制备得到多孔Mn掺杂CoP纳米片高效电催化剂。研究发现，异质元素Mn掺杂能够有效调控CoP纳米片形貌及其电子结构，提高活性位点的暴露密度，加快电荷传输，在反应过程中原位转变为Mn-CoOOH活性物质。优化后的钴基催化剂在电流密度为10 mA cm^-2时最低析氧过电位288 mV，法拉第效率97%，并具有优异的稳定性。理论计算结果证明了Mn掺杂可优化反应中间体的吸附/脱附行为，降低反应决速步骤的吸附自由能，并最终实现高效电解水析氧。
该团队之前已在同一期刊《Chemical Engineering Journal》上发表题目为“Urchin-like Cobalt Hydroxide Coupled with N-doped Carbon Dots Hybrid for Enhanced Electrocatalytic Water Oxidation”（Yihao Liu, et al., Chem. Eng. J.2021, 420, 127598）的研究论文，提出耦合氮掺杂碳点协同调控氢氧化物形貌和电荷传输效率的策略来提高氢氧化钴电催化效率。



图3 不同形貌Co(OH)2@NCDs的电催化性能及电解水氧析出过程示意图


上述工作得到了国家自然科学基金、上海高校****、上海自然科学基金、上海启明星人才计划和扬帆计划的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131642，https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127598