在“双碳”目标引领下，氢能作为清洁能源备受瞩目。近日，我校机电工程学院孙永开博士团队在国际著名期刊Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）发表重要研究成果，成功研发出一种新型高效双功能电催化剂，为电解水制氢技术的工业化应用提供了创新解决方案。
电解水制氢是极具发展前景的绿色制氢技术，但其产业化应用一直受限于高能耗和低转换效率。针对这一技术瓶颈，孙永开博士团队创新性地设计出“超亲水钒掺杂磷化钴纳米颗粒@磷化亚铜纳米管”催化剂（Vp-V-CoP@Cu₃P HNTAs/CF），相关成果“Superhydrophilic V-Doped CoP Nanoparticles@Cu3P Nanotubes with Vacancy and Interface Engineering for Synergistically Enhanced Electrocatalytic Overall Water Splitting”（《具有空位和界面工程的超亲水钒掺杂磷化钴纳米颗粒@磷化亚铜纳米管用于协同增强电催化全解水》）发表在Advanced Functional Materials（中科院SCI一区，影响因子18.5）李镇江教授为通讯作者。
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电催化剂（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 h无明显活性衰减。
图2.电催化剂的性能与理论分析
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域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。该研究通过低成本制备工艺，为工业化大规模电解水制氢提供了切实可行的技术路径。(来源：机电工程学院 编辑/陈伟）
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.
