多层界面，兼顾且高效！Energy Environ. Sci.发表湖南师范大学/中南大学最新电催化科研进展！

文摘 2024-12-10 09:30 上海

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论文拟解决的关键挑战：

开发高效的碱性电解电催化剂对降低电解成本具有重要意义。尽管近年来人们在探索廉价的水电解电催化剂方面取得了很大进展，但想要开发具有最先进双功能催化活性的水电解电催化剂仍然很棘手。这主要归因于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）活性物质的不相容性和不一致性，几乎所有的金属间催化剂都以牺牲另一反应活性为代价，对一半反应表现出极好的催化活性，从而导致碱水电解耗电量大。

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图文简介：

针对上述挑战，湖南师范大学的周海青教授和中南大学的张龙教授等人在Energy & Environmental Science发表论文，该团队开发了一种分层三金属杂化催化剂，通过水电解实现低压电化学制氢，该催化剂由金属间镍钼合金（MoNi₄）颗粒和金属铁颗粒组成，锚定在具有协同多金属位点的MoO₂纳米棒阵列上（Fe/MoNi₄/MoO₂），作者证明，该催化剂能够接力催化双功能水分解。

通过引入Fe纳米颗粒，Fe/MoNi₄/MoO₂纳米阵列的OER性能显著提高，且HER催化活性没有减弱，使其成为碱性水电解的双功能催化剂。

原位XPS、原位拉曼光谱分析和DFT计算表明，位于Fe/MoNi₄/MoO₂多层界面上的金属位点协同促进了初始H₂O吸附/解离、氢吸附和含氧中间体吸附等反应途径。动态铁掺杂重构了Ni_1-xFe_xOOH活性层，从而实现了稳定高效的OER；通过促进水在MoNi₄表面的初始解离和优化Fe/MoNi₄界面上的H吸附能力，可以促进HER动力学。

得益于这些Mo，Ni和Fe位点的接力电催化作用，该催化剂在500/1000 mA cm^-2下实现了高效双功能水分解，电池电压低至1.6 V左右，在2000 mA cm^-2下具有优异的耐久性。这种金属间催化剂在500 mA cm^-2下的析氢和析氧反应仅需极低的过电位，分别为59和277 mV，优于几乎所有低成本的双功能电催化剂。

本研究开发了高效的双功能非贵金属催化剂，为工业水电解提供了一条有希望的途径。

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