阿姆斯特丹大学 信用:HIMS 阿姆斯特丹大学范特霍夫分子科学研究所的化学家颜宁和他的团队与中国武汉大学物理和技术学院的同事一起进行的研究表明，易于生产、类似自然的磷化钴纳米结构是电解水的高效催化剂
在《材料化学杂志》封面上的一篇论文中，他们描述了相对简单的电化学沉积方法是如何产生草状、叶状和花状纳米结构的，这些纳米结构有望高效制氢
对于纳米结构的制备，自上而下的方法，如光刻技术，早已很普遍
这已被证明在半导体制造中非常有用，但是对于更专用的应用，这是耗时的，并且不是特别划算
作为一种选择，许多研究人员探索纳米结构的自下而上合成，例如，基于分子或纳米结构块的自组装
然而，实现几何形状控制通常需要昂贵的添加剂和表面活性剂，使得大规模材料制备相当具有挑战性
作为替代方案，助理教授颜宁和他的博士
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阿姆斯特丹大学范·特霍夫分子科学研究所的贾斯珀·比莫尔特和彼得·拉安现在已经探索出一种相对简单的电沉积氢氧化钴的方法
在中国武汉大学物理与技术学院的研究人员的合作下，他们已经能够设计和准备各种各样的纳米建筑，类似于花园中的各种物品:土壤、豆芽、草、花和树叶
信用:HIMS 研究人员报告说，他们已经掌握了这一系统，能够随意生长这些结构
此外，他们能够通过简单的磷化过程使纳米结构具有催化活性
所得磷化钴纳米结构在电解水分解中显示出双功能催化活性，增强了氢气和氧气生成反应
通过受控合成的分级纳米结构 颜宁和他的同事在一块由直径约10微米的碳纤维组成的布上种植纳米硬质合金，这是燃料电池和电解工业中常见的电极材料
园艺开始于沉积一层“土壤”，通过水热将纤维包裹在一层致密的氢氧化钴中
该层增加了纳米结构的结构稳定性
通过离子浓度和温度的变化，它们能够诱导在土壤中牢固“扎根”的草状特征的“发芽”
信用:HIMS 这些草的平均长度为1
5微米，厚度约为100纳米
为了给草的特征增加花朵和叶子，研究人员采用了电沉积法
在稀释的溶液中，电沉积主要从草茎的尖端进行，在那里小曲率半径导致更高的空间电荷密度
在更浓的溶液中，电沉积主要从杆的底部进行
这导致“多叶”特征的沉积，这些特征实际上是交织的树枝状沉积结构
在通过磷化作用将氢氧化钴纳米结构转化为磷化钴后，研究人员在充分代表工业相关条件的环境中评估了它们的催化活性
事实证明，该催化剂在酸性环境中的性能是当今最优秀的非贵金属析氢催化剂之一
此外，在酸性、碱性和中性条件下，花状纳米特征比叶状特征导致显著更大的周转频率，尤其是在氢释放受质量运输限制影响时的更高超电势下
研究人员将此归因于纳米特征的几何形状，在这种几何形状下，花朵能够更平稳地释放氢
然而，在纳米结构的顶部和底部位置的不同反应环境相互补充，导致最佳的整体性能
最后，在关于水分解的电解实验中，研究人员表明，它们的纳米硬化物不仅能催化析氢反应，还能催化析氧反应
这种双功能活性是使用对称的双电极装置显示的，在阳极和阴极具有完全相同的纳米硬度
该团队将进一步研究在“带电”材料合成中使用电子来控制纳米晶体的生长，这有望实现可持续的未来
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