工業電流密度での高効率・高耐久な海水分解のための、好ましい電子構造と超濡れ表面を有するその場成長二元金属（Ni, Fe）12P5ナノニードル

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🔬研究者:材料科学や電気化学の研究者は、電子構造と濡れ性の設計指針を参考に、高性能電極材料の開発に応用できる。

🏢実務担当者:水素製造プラントの設計・運用担当者は、工業電流密度での安定動作が確認された電極材料の実用化可能性を評価できる。

🏛政策担当者:水素戦略やグリーン水素の普及政策を検討する際に、技術の進展状況を把握するための参考情報となる。

高効率で安定性があり、産業適用可能な二機能電極の開発は、海水電解によるグリーン水素製造にとって極めて重要である。ここでは、ニッケルフォーム上に固定された3Dナノニードル状のFeドープNi₁₂P₅アレイ（Fe–Ni₁₂P₅ NAs@NFF）を、簡便な一段階リン化法によりin situで作製した。好ましい電子配置と超濡れ性表面を備えた自立構造の利点により、この材料はアルカリ海水中で優れた性能を発揮し、酸素発生反応（OER）および水素発生反応（HER）において1000 mA cm⁻²を達成するための低い過電圧369および367 mVを必要とし、2000時間を超える長期安定性を保証する。Fe–Ni₁₂P₅ NAs@NFFをアニオン交換膜電解装置のアノードおよびカソードの両方として適用すると、1000 mA cm⁻²でわずか1.87 Vのセル電圧を供給し、140時間を超える安定した動作を維持し、市販の基準を上回る性能を示す。集合的なin situ実験分析と理論計算に基づき、二金属リン化物におけるNi–Fe–P配位が好ましい電子構造をもたらし、OER活性種の再構築を促進し、HERの水素吸着エネルギーを改善することが実証された。さらに、表面の超濡れ性により効率的な気泡脱離と活性中心の再生が可能になり、一方で自立構造は触媒活性成分の剥離を防ぎ、産業レベルの電流での堅牢な安定性を付与する。この研究は、海水電解用の高効率で安定な二機能触媒の設計と合成に新たな洞察を提供し、産業電流密度での低コスト再生可能水素の大規模生産戦略に貢献する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Developing a highly efficient, stable, and industrially adaptable bifunctional electrode is crucial for green hydrogen production from seawater electrolysis. Herein, 3D nanoneedle‐like Fe‐doped Ni 12 P 5 arrays anchored on nickel foam (Fe–Ni 12 P 5 NAs@NFF) are in situ fabricated by a facile one‐step phosphorization route. Profiting from the favorable electronic configuration and self‐supporting structure with superwetting surfaces, this material demonstrates exceptional performance in alkaline seawater, requiring low overpotentials of 369 and 367 mV to achieve 1000 mA cm −2 for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) and ensuring stable long‐term durability of over 2000 h. When applying Fe–Ni 12 P 5 NAs@NFF as both anode and cathode in an anion exchange membrane electrolyzer, it delivers a cell voltage of only 1.87 V at 1000 mA cm −2 and maintains stable operation for over 140 h, outperforming commercial benchmarks. Based on the collective in situ experimental analysis and theoretical calculation, it is demonstrated that the Ni–Fe–P coordination in bimetallic phosphides delivers the favorable electronic structure, facilitates the reconstruction of OER‐active species, and ameliorates the hydrogen adsorption energy for HER. Additionally, the superwetting ability in the surface enables efficient gas bubble detachment and active center regeneration, while the free‐standing structure prevents catalytically active components from peeling off, endowing robust stability at the industrial‐level current. This work provides new insights into designing and synthesizing highly efficient and stable bifunctional catalysts for seawater electrolysis and contributes to the strategy for large‐scale production of low‐cost renewable hydrogen at industrial current density.

• semanticscholar https://doi.org/10.1002/cey2.70219first seen 2026-05-15 20:36:22 · last seen 2026-06-24 05:23:32