随着全世界对环境保护要求的不断提高,清洁能源技术的发展引起了人们的极大关注。众所周知,绿色和可再生能源的氢能被大众认为是一个最佳替代品,氢能可以有效改善化石燃料燃烧所带来的环境问题。因此,如何高效制备氢气是一个重要环节。电解水析氢是制备氢气的一种高效的方法,现阶段最好的HER催化剂是贵金属Pt催化剂。但是由于其地球储量少并且价格高昂,很大程度上阻碍了电解水析氢的应用。电解水另一半反应是产氧反应。由于OER反应是四电子得失过程,反应动力学缓慢,需要较高的过电势反应才会进行,因此是整个反应的速率控制步骤。为了提高电催化反应的活性,研究高效的OER催化剂也是关键。目前Ir O2和Ru O2是活性最高的OER催化剂,但是也因为昂贵的价格和较低的储量限制了其在实际生产中的大规模应用。所以研究催化性能优异的HER和OER催化剂受到了越来愈多的关注。近几年,过渡金属磷化物因为导电性良好等特点被广泛应用于HER和OER反应中。而Co P由于储量丰富,易合成和稳定性好等特点,吸引了很多科研工作者的关注。大量文章报道过Co P的HER性能优异,但是与贵金属Pt相比,性能还有一定的差距。然而,关于Co P在OER催化中的应用很少有文章报道。因此,我们想如何改性Co P,来提高HER和OER的反应活性。现在常见的一种处理方法是构建缺陷。碳缺陷、氧缺陷和硫缺陷等,对于催化性能有显著的提高。因此本论文引入了P缺陷,研究缺陷Co P对HER和OER活性是否有所提高。因为实验中还没有报道过P缺陷的存在,所以本论文通过理论计算研究P缺陷是否存在,并且对HER和OER性能是否有影响。基于第一性原理,系统地研究了Co P暴露面的可能性。通过表面能的比较,确定(011)为最有可能暴露的表面。接下来,在(011)面上构建缺陷,分别构建了1个、2个和3个P缺陷。考虑到P原子分布的周期性,计算了所有可能性的缺陷形成能。通过所有可能性的计算结果比较得出,P缺陷形成所需的最低能量是1.9 e V。相比于O缺陷形成能1.4 e V,P缺陷形成可能性存在,所以在缺陷的基础上,将其应用在HER和OER,计算缺陷对HER和OER活性是否有影响。基于第一性原理,系统地研究了P缺陷对于Co P的HER的影响。磷头顶位置依然是Co P在HER反应的活性位点。因为缺陷的构建,HER催化活性得到了提高。适当数量的P缺陷可以增强Co P表面的活性位点的活性,增加电子密度,有助于捕捉氢离子,提高氢离子吸附,促进反应的进行,进而提高催化性能。但是如果缺陷增多,就会使活性位点周围的电子过于密集,电负性过强,吸附氢离子太强,以至于阻碍反应产物最后脱离表面,最终降低了反应活性。基于第一性原理,系统地研究了P缺陷对于Co P的OER的影响。钴头顶位置依然是Co P在OER反应的活性位点。根据OER吉布斯自由能结果得出,随着缺陷的引入,OER催化活性得到了提高,通过差分电荷可以看出,引入缺陷可以增强活性位点周围的电子云密度,提高反应物质与活性位点的结合,有利于OER反应的进行。当缺陷过多时,活性位点周围的电子过于密集,对OH-的吸附过强,不利于最后产物的脱附,也会影响OER的反应活性。LDOS也表明缺陷引入后,活性位点与反应物的结合更强,有利于反应物吸附,进而促进反应。