作为二维(2D)材料中的新兴成员，剥离的黑磷纳米片(BP NSs，≤10层)可用作高效的析氧反应(OER)的电催化剂。BP NSs存在大量的表面孤对p-电子(p-e−)，其为含氧物种(OH*、O*和OOH*)提供了有利的化学吸附位点，但它也会使BP容易被氧化，特别是在具有高阳极电位的强氧化环境下。
此外，BP大的氢吸附能(> 1eV)再次限制了其在析氢反应(HER)以及整体水分解(OWS)中的应用。通过与Lewis酸共价功能化可以钝化BP暴露的孤对p-e−，共价键的形成导致电子在催化剂表面的重新分布，从而通过配体效应改变活性位点的局部电子结构。因此，这些共价修饰策略在提高BP的电催化性能方面具有重要的潜力。近日，西安交通大学戴正飞和西北工业大学瞿永泉等利用低含量的Ni共价键合BP NSs，成功制备出BP基双功能水分解电催化剂(Ni-BP-x)。原位光谱表征和理论计算表明，与BP相比，Ni-BP-x的带隙(Eg)降低，表明引入Ni后BP的电导率显著增强；此外，极化的p-Ni共价键能够使电子在界面间重新分布，从而发生从Ni到BP NSs的电子转移，这使Ni-BP-x具有优化的速率控制步骤(RDS)能垒、氢吸附自由能、H2O解离能和增强的化学稳定性。电化学性能测试结果显示，Ni含量仅为1.5 wt%的Ni-BP-6催化剂在1.0 M KOH电解液中，10 mA cm−2电流密度下的OER和HER过电位分别为230和136 mV，并且表现出良好的稳定性。此外，利用该催化剂作为阴极和阳极组装的水电解槽仅需1.605 V的电池电压就能产生10 mA cm−2的电流密度，并且在连续运行50小时后性能仍保持初始值的97%，优于大多数文献报达到水分解催化剂。综上，该项研究证实了Ni功能化的BP是一种良好的电催化全解水候选材料，同时为构建金属轻量化的经济型电催化剂提供了有效的策略。Covalently bonded Ni sites in black phosphorene with electron redistribution for efficient metal-lightweighted water electrolysis. Nano-Micro Letters, 2024. DOI: 10.1007/s40820-024-01331-6
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