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水分解电解制氢是实现绿色能源可持续发展的关键技术。然而，传统贵金属催化剂（如Pt和RuO₂）因高成本和低稳定性限制了其工业化应用。开发廉价、高性能、通用pH的水分解催化剂成为实现大规模制氢的技术瓶颈。本文提出了一种新型高熵双金属硼化物催化剂，通过调控异质结构和电子分布，实现了全pH范围内的高效水分解反应。
成果简介
研究团队开发了一种高熵双金属硼化物（NixB/Mo0.8B3，简称NMB）纳米棒催化剂，包覆富硼无定形层，具备独特的异质结界面结构。实验结果表明，该催化剂在全pH范围内均表现出超低的析氢反应（HER）过电位（15 mV@碱性、26 mV@酸性、83 mV@中性），并在碱性析氧反应（OER）中表现出显著性能（𝜂10=170 mV，𝜂500=420 mV）。此外，在约1000 mA cm⁻²电流密度下，该催化剂在HER和OER中分别稳定运行了450小时和200小时，为工业化水分解提供了新思路。
研究亮点
高效异质结构设计
通过固相硼化工艺引入Ni-B和Mo-B之间的强电子耦合，优化了d带中心，增强了催化剂的活性和稳定性。全pH范围内的卓越性能
在酸性、碱性和中性介质中，NMB催化剂均表现出优异的HER性能，展现出其在不同环境中的适应性。高电流密度下的长效稳定性
在1000 mA cm⁻²电流密度下，HER和OER分别稳定运行450小时和200小时，凸显了其工业化应用潜力。可扩展性和环保性
采用简单、环保的固相硼化法制备，具备规模化生产的潜力。
配图精析
图1：展示了NMB纳米棒催化剂的合成示意图及其层级结构设计，通过固相硼化法实现了异质结构的构筑和富硼无定形层的形成。
图2：高分辨率透射电镜（HRTEM）和元素映射表明，NMB纳米棒的异质结界面实现了均匀的Ni、Mo、B分布，并成功引入了无定形层包覆。
图3：HER电化学性能测试显示，NMB在碱性介质中以15 mV的超低过电位实现10 mA cm⁻²，Tafel斜率仅为63.9 mV dec⁻¹，表明其快速的电荷转移能力。
图4：DFT计算揭示了Ni-B和Mo-B异质结界面的电子耦合效应，优化了中间体吸附能，提升了催化活性。
图5：两电极全水分解装置性能测试，NMB催化剂在1000 mA cm⁻²电流密度下实现了稳定运行，电池电压仅为1.85 V。
展望
本研究通过异质结构调控和富硼无定形层设计，开发了一种兼具高活性和长效稳定性的双金属硼化物催化剂，为工业化规模的水分解制氢提供了重要参考。未来研究可进一步优化制备方法，提高催化剂的稳定性和适应性，以推动绿色能源技术的工业化应用。
文献信息
期刊：Advanced Energy Materials
DOI：10.1002/aenm.202402866
原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202402866
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