近日，水利水电学院能源与动力工程专业2021级本科生刘文纲负责的科研项目团队在电解水制氢领域取得了重要进展，相关成果在自然指数期刊《Inorganic Chemistry》(N1级)上发表，论文题为《Tuning the Electronic Structure of Ni2P through Fe Doping to Trigger the Lattice-Oxygen-Mediated Oxygen Evolution Reaction》（通过铁掺杂调控磷化镍的电子结构以触发晶格氧介导的析氧反应）。据了解，水利水电学院青年教师闫明磊博士为该论文的第一作者，其指导的能动2021级本科生刘文纲为论文的共同第一作者，赵洋副教授为通讯作者，四川农业大学为第一完成单位，相关研究得到了四川省自然科学基金青年项目和四川省大学生创新训练计划项目的支持。这是水利水电学院首次以第一完成单位在自然指数期刊上发表文章，不仅体现了学院在科学研究上的重要进展，也彰显了人才培养质量的新提升。
氢能作为零碳能源体系的核心载体，被视为解决全球能源危机的战略选择。电催化海水分解因直接利用海水资源、无需复杂预处理，成为规模化制氢的理想路径。然而，阳极析氧反应（OER）作为四电子转移反应，存在动力学缓慢、过电位高的问题，且海水中高浓度氯离子（Cl⁻）易导致催化剂中毒失活。开发低成本、高活性且耐海水腐蚀的非贵金属催化剂，是当前该领域亟待攻克的关键难题。
团队通过“水热-浸渍-磷化”方法制备的Fe-Ni2P纳米片催化剂，在碱性海水环境中展现出卓越性能。机理研究揭示，铁掺杂通过调控Ni2P电子结构，使镍位点电子密度增加，加速氢氧根离子（OH⁻）吸附（速率常数kₛ达0.275 s⁻¹），并触发反应机制从传统的吸附演化机制（AEM）转变为晶格氧氧化机制（LOM）。LOM路径中，晶格氧直接参与氧-氧键耦合，绕过了AEM中高能量壁垒的*OOH中间体，使活化能降至27.1 kJ mol-1，仅为未掺杂催化剂的一半，从根本上优化了反应热力学与动力学。另外，Fe-Ni2P凭借磷酸盐介导的氯离子排斥效应和晶格氧活化参与的动态表面重构而展现出优异的稳定性。这项研究确立了铁掺杂所诱导的电子调控作为在过渡金属磷化物中激活LOM机制的关键策略，为设计高性能海水电解催化剂提供了新思路。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.inorgchem.5c01072
