Adv. Energy Mater.：焦耳热2分钟制造自支撑磷化物全解水电极
导语
当下，寻找低成本、高性能的非贵金属水电解催化剂已成科研与产业共同命题。2025年7月22日，西班牙加泰罗尼亚化学研究所 Núria López 与以色列内盖夫本古里安大学 Menny Shalom 合作，于《Advanced Energy Materials》发表题为“Energy-Efficient and Scalable Joule Heating Synthesis of Self-Standing Transition Metal Phosphide Electrodes for Full Water Splitting”的研究论文，提出以焦耳热（JH）效应在2分钟内完成自支撑Ni、Cu、In磷化物电极的可扩展合成，并首次在AEMWE中实现7天连续运行验证。
— 研究亮点 —
极速合成：2 min完成磷化，能耗降低>99%。
高活性：NiFeP | 100 mA cm⁻² OER过电位284 mV；NiCoP | 50 mA cm⁻² HER过电位148 mV。
长稳定：55 °C、200 mA cm⁻² AEMWE运行7天，电压≤1.8 V。
环境友好：LCA显示制造阶段环境影响降低99%，总环境影响降低97%。
— 图文导读 —
图1 焦耳热合成流程
红磷粉末与金属泡沫夹层结构，惰性气氛通电2 min，快速磷化，无需额外载体。
图2 结构与相分析
• NiP：层状Ni₂P/Ni₅P₄/Ni₁₂P₅多相；CuP：单相六方Cu₃P。
• TEM晶格条纹、SAED、XRD、XPS全面证实相组成与表面氧化层。
图3 金属掺杂NiP
DFT表明Co、Mn、Fe表面稳定掺杂，Cu倾向体相；XRD显示Ni₁₂P₅相减少，六方相占优。
图4 OER性能
NiFeP 100 mA cm⁻²过电位284 mV，Tafel斜率63 mV dec⁻¹，65 h下降率195 µV h⁻¹，法拉第效率99.3%。
图5 HER性能
NiCoP 50 mA cm⁻²过电位148 mV，Tafel斜率72 mV dec⁻¹，72 h电位仅下降9 mV。
图6 AEMWE与LCA
• 55 °C、200 mA cm⁻²连续7天，电压1.8 V，H₂产率8.8 mL min⁻¹。
• 与传统CVD相比，JH法制造阶段环境影响降99%，全生命周期成本降76%。
— 总结与展望 —
JH法以2 min极速磷化、低能耗、高可控性，为TMPs自支撑电极的规模化铺平道路。后续可拓展至其他TMPs体系，优化掺杂策略，并进一步与AI-闭环系统结合，实现清洁能源材料的绿色、可持续制造。
— 中科精研 · 实验级JH磷化平台 —
• HTS-2000：2 min程序模板内置，55 °C恒温夹具，直接复现论文AEMWE条件；
• 双通道红外测温+LabVIEW API，实时监控磷化温度曲线；
• 5 cm² 与 25 cm² 样品架一键切换，支持DFT指导的掺杂筛选；
• 首席技术顾问陈亚楠教授提供工艺包与放大咨询，助力从Nature图文到实验室1:1落地。