近日，化工学院张超副教授、吕志果教授在催化制氢领域取得新进展。相关成果以“I single-atom doped P-rich CoPn nanocluster@CoP with enhanced HER”（DOI: 10.1002/smll.202403170）为题发表在国际知名期刊Small（IF=13.3）。化工学院2022级硕士研究生王海鹏为第一作者，张超副教授及吕志果教授为共同通讯作者，青岛科技大学为唯一通讯单位。
课题组通过碘单原子(ISA)掺杂磷化策略成功制备了新型ISA掺杂的富磷磷化钴团簇@CoP基底的珊瑚管状析氢催化剂（ISA-CoPn/CoP）。该催化剂首次将ISA和富P的CoPn纳米团簇掺杂于磷化钴基底中,ISA-CoPn/CoP表现出了优异的析氢性能，在0.5 M H2SO4溶液中表现出仅44和81 mV的低过电位，以驱动10和100 mA cm-2电流密度。此外，其Tafel斜率（41.2 mV·dec-1）也远低于纯CoP（84.4 mV·dec-1）。
经过研究，ISA-CoPn/CoP催化剂的优异性能可以归因于ISA和富P的CoPn纳米团簇在CoP基底中表现出的独特协同效应。ISA和富P的CoPn纳米团簇可以优化H在CoP体系中的吸附能，加速HER在CoP体系中的动力学过程。原位拉曼测试直接观察到中间I-H键振动峰，表明ISA掺杂直接参与了H+还原的Volmer步骤。同时，密度泛函理论（DFT）计算表明，富P的CoPn纳米团簇由于其接近于零的氢吸附能（-0.12eV）而成为优秀的H脱附中心，有助于Heyrovsky和Tafel步骤。本研究为ISA掺杂CoP基催化剂的设计提供了新的思路。
以上工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和我校高层次人才启动基金的资助。
