碱性燃料电池(AFCs)由于其安全性高、能效高的优点，得到了广泛的研究。氨硼烷(NH3BH3，AB)是一种无碳能源材料，其不仅可作为储氢源，还能作为直接AB燃料电池(DABFC)的阳极燃料。因此，合理设计AB氧化反应(ABOR)电催化剂能够有效提高DABFCs电化学性能。在此，南京理工大学郝青丽和雷武等首次合成了具有调制电子结构和丰富晶格缺陷的铜掺杂偏磷酸镍(Cu-Ni(PO3)2)，并将其应用于ABOR。
Cu-Ni(PO3)2催化剂的各种表征结果显示，Cu离子的掺杂不仅可以提高主催化剂的电导率，还可以改变Ni(PO3)2的电子结合能，并且引入大量晶格位错和Ni(PO3)2晶体的扭曲，这导致Cu-Ni(PO3)2催化剂表现出优异的电催化性能。具体而言，在0.01 M AB中，1600 rpm下，优化的10% Cu-Ni(PO3)2对ABOR具有-0.282 V vs. RHE的起始电位，优于目前报道的贵金属和其他过渡金属电催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，Ni(PO3)2中Cu离子的掺杂可以提高反应物(AB)(Eeds，AB= -0.41 eV)的吸附能，降低产物(BO2-)(Eads，BO2- = -0.27 eV)在Ni部位的吸附，从而提高Ni(PO3)2对ABOR的电催化活性。掺杂剂Cu离子的Eads，AB为-0.75eV，Eads，BO2为-0.18eV，也可以作为活性位点来提高催化性能。此外，Cu-Ni(PO3)2中Cu离子掺杂引起的晶格畸变使Cu和Ni的d带中心更接近费米能级，表明其对吸附物(AB)的亲和力更强。因此，晶格畸变可以作为新的活性位点，进一步提高Cu-Ni(PO3)2的催化活性。Defect-Rich Walnut-like Copper-Doped Ni(PO3)2 Catalyst towards Ammonia Borane Electrooxidation Reaction with High Performance. Journal of Materials Chemistry A, 2022. DOI: 10.1039/D1TA09483A
