Fabrication of transition metal phosphides as electrocatalysts for hydrogen evolution reaction through facile electrodeposition-annealing route

Fuel cell technology advances thanks to the optimization of electrochemical reactions and materials progress and optimization. A key step for the realization of a cost-effective green propulsion system based on fuel cells is hydrogen production. In order to do this, more efficient electrocatalysts are needed to have continuous development of the performances. In the last decade, crucial investigations in the electrocatalysis and analytic chemistry areas have leaded to great development on the methodologies and the techniques. Also, the search for more economic and efficient materials have been continuing for years to improve the electrocatalysis performance and cost. One of the most cost friendly approach is use of metal phosphide coatings as electrocatalysts. Ni-P coatings have interesting properties and, due to their composition and structure, high performances from the electrocatalytic activity point of view can be obtained. Their phosphorus contents and intermetallic phase composition are the key parameters that have a crucial effect on electrocatalytic properties of materials, with the Ni2P phase presenting very high catalytic efficiency. In this thesis work, the electrocatalytic activity of Ni2P coatings, obtained by co-deposition of the solid solution Ni-P and red phosphorus particles on a copper substrate, is investigated as a function of the phosphorus contents, annealing temperature, time and intermetallic phase concentration.

La tecnologia delle celle a combustibile avanza grazie all'ottimizzazione delle reazioni elettrochimiche e al progresso e all'ottimizzazione dei materiali. Un passo fondamentale per la realizzazione di un sistema di propulsione verde ed economico basato su celle a combustibile è la produzione di idrogeno. A tale scopo, sono necessari elettrocatalizzatori sempre più efficienti per avere un costante sviluppo delle prestazioni. Nell'ultimo decennio, ricerche cruciali nelle aree dell'elettrocatalisi e della chimica analitica hanno portato a un grande sviluppo delle metodologie e delle tecniche. Inoltre, la ricerca di materiali più economici ed efficienti continua da anni al fine di migliorare le prestazioni e i costi dell'elettrocatalisi. Uno degli approcci più convenienti è l'uso di rivestimento a base di fosfuri metallici come elettrocatalizzatori. I rivestimenti Ni-P hanno interessanti proprietà e, grazie alla loro composizione e struttura, è possibile ottenere elevate prestazioni dal punto di vista dell'attività elettrocatalitica. Il loro contenuto di fosforo e la composizione della fase intermetallica sono i parametri chiave che hanno un effetto cruciale sulle proprietà elettrocatalitiche dei materiali, con la fase Ni2P caratterizzata da un’efficienza catalitica molto elevata. In questo lavoro di tesi, l'attività elettro catalitica dei rivestimenti Ni2P, ottenuti tramite co-deposizione della soluzione solida Ni-P e di particelle di fosforo rosso su un substrato di rame, viene studiata in funzione di contenuto di fosforo, temperatura di ricottura, tempo e concentrazione della fase intermetallica.