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电催化分解水是满足未来能源需求的简便化学方法,此法高效可持续且制得的氢气纯度高无污染,可解决可再生能源的间歇性的问题。析氢反应(HER)和氧析出反应(OER)在电催化水分解中都具有重要的作用,这都要求电催化剂具有快速的实际反应速率。但是在实际应用中,缓慢的动力学和较大的过电位限制了这两个半反应。目前,过渡金属磷化物(TMPs)具有比其他金属氧化物更好的导电性。此外,TMPs具有合适的d-电子结构和优异的活性,在双功能电催化剂的应用中得到了广泛的关注和应用。然而,它们的电催化性能和稳定性还需要进一步提升。采用水热法制备了直接生长在不锈钢网上的自支撑Ni2P纳米片阵列(Ni2P/SSM)催化剂,通过SEM和EDS表征结果表明,催化剂表面Ni元素和P元素均匀分布,微观结构保留了前驱体纳米片的形貌,并且疏松多孔。电化学测试结果表明,最佳反应条件为退火温度为300℃、保温时间1h。此时催化剂在碱性溶液中催化性能最好。在OER反应中,达到100 m A·cm-2的电流密度时,过电位仅为1.58 V,Tafel斜率为55.7 m V·dec-1;而对于HER反应,达到10 m A·cm-2的电流密度时,过电位为0.12 V,Tafel斜率为114.77 m V·dec-1。在进行全分解水测试中,电流密度达10 m A·cm-2时,电压为1.61 V,具有良好的电解水性能。为了进一步提高催化剂的电催化性能,采用杂原子掺杂策略,在自支撑Ni2P纳米片阵列材料上掺入氮元素,制备出自支撑的N-Ni2P纳米片阵列(N-Ni2P/SSM)催化剂,N-Ni2P/SSM催化剂在碱性介质中对OER和HER都表现出优异的电催化性能。在OER反应中,达到100 m A·cm-2的电流密度时,过电位为1.56 V;而对于HER反应,达到10 m A·cm-2的电流密度时,过电位为0.10 V。氮掺杂后,由于N具有比P更强的电负性,掺杂的氮可以降低Ni的电子密度,在OER中容易与中间产物形成氢键,降低Gibbs自由能;在HER中,通过N取代P从邻近金属(Ni)原子中吸收额外的电子来削弱H的结合强度。