开发经济高效的多功能电催化剂对于集成电化学能量转换系统至关重要，如基于析氢/析氧反应（HER/OER）的水电解和基于OER/氧还原反应(ORR)的金属-空气电池。以过渡金属磷化物为核、掺氮碳（NC）为壳层的核壳结构材料被认为是很有前途的电催化剂。然而，它们与氧相关的电催化活性仍然不尽如人意，这严重限制了其进一步应用。

鉴于此，南开大学袁忠勇报道了提出了一种独特的策略—“一举两得”，即通过多种二次金属掺杂（包括Fe、Ni、Mo、Al和Mn），其中，结构精准的过渡金属掺杂有机-无机膦酸钴（简称TM-三聚氰胺/TM-HEDP-Co）用作热解前驱体。从而实现了核壳型Co₂P@NC电催化剂中HER/OER/ORR核壳活性的同步提升。

文章要点

1）TM-三聚氰胺/TM-HEDP-Co前驱体在氢气气氛下的高温热解会在Co₂P核中引入二次金属，同时为构建的M-Co₂P@M-N-C体系生成预期的具有高活性M-N₄位的M-N-C壳层。

2）在所有合成的催化剂中，Fe-Co₂P@Fe-N-C催化剂在碱性溶液中表现出最好的HER/OER/ORR活性。结果表明，Fe的引入可以通过优化电子结构来促进Co₂P核对HER/OER的催化活性，Fe-N-C壳层中的Fe-N₄活性中心可以实现高效电催化OER/ORR。

3）Fe-Co₂P@Fe-N-C不仅可以作为水电解的双功能催化剂，在1.58 V的低电池电压下实现10 mA cm⁻²的电流密度，而且还可以作为可充电液体/全固态Zn-空气电池的空气阴极催化剂，使其最大功率密度达到81.3 mW cm⁻²（液体Zn-空气电池），并具有良好的长时间充放电循环稳定性。

本工作为通过二次金属掺杂有效调控核壳结构TMPs@NC的多功能电催化性能，实现可持续能源转换系统提供了一种新的策略。

参考文献

Xian-Wei Lv, et al, Activity Promotion of Core and Shell in Multifunctional Core–Shell Co₂P@NC Electrocatalyst by Secondary Metal Doping for Water Electrolysis and Zn-Air Batteries, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202101856

https://doi.org/10.1002/smll.202101856