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水分解制氢是一种实现可持续能源转换的重要技术。然而，在高电流密度下，电解质中的氯离子对电极的腐蚀和析氯反应的竞争会显著降低催化剂的效率和耐久性，尤其是在海水环境中。开发具有高活性和耐腐蚀性能的非贵金属电催化剂，是推动全水分解工业化应用的关键挑战。
成果简介
本研究设计并制备了一种双金属偏磷酸盐/氧化钼（NiCoMoPO）异质结构纳米线，能够在碱性淡水和海水中实现高效的析氧反应（OER）和析氢反应（HER）。NiCoMoPO通过异质结构优化电子结构，显著提高了本征活性，并利用PO₃⁻的静电屏蔽效应增强了抗氯腐蚀性能。在1000 mA cm⁻²的超高电流密度下，NiCoMoPO在淡水中实现了300小时的稳定运行，在海水中保持了1200小时的稳定性，展现出优异的催化性能和工业应用潜力。
研究亮点
创新异质结构：NiCoMoPO异质结构优化了Ni、Co和Mo原子的电子结构，显著提升催化剂的OER和HER活性。
抗氯腐蚀性能：PO₃⁻通过静电屏蔽效应抑制氯离子的侵蚀，有效延长了催化剂的使用寿命。
高效催化性能：在淡水中，NiCoMoPO的OER和HER过电位分别为467 mV和442 mV（1000 mA cm⁻²）；在海水中，500 mA cm⁻²时的电压仅为2.096 V。
超长稳定性：NiCoMoPO在淡水和海水中分别实现了300小时和1200小时的稳定电解，超过了现有的大多数非贵金属催化剂。
配图精析
图1：NiCoMoPO的制备与表征
展示了NiCoMoPO的合成过程及其3D纳米线结构。通过HAADF-STEM和EDS元素映射验证了Ni、Co、Mo、P和O元素的均匀分布。
图2：电子结构优化与本征活性提升
XPS和XANES光谱揭示了NiCoMoPO中金属氧化物与偏磷酸盐间的电子转移，优化了Ni和Co的电子结构，从而提高了OER和HER的本征活性。
图3：OER与HER电催化性能
NiCoMoPO在1000 mA cm⁻²电流密度下的OER和HER过电位分别为467 mV和442 mV，显著优于传统催化剂。
图4：海水电解性能与抗腐蚀能力
在碱性海水中，NiCoMoPO的OER和HER稳定性分别保持160小时以上，静电屏蔽效应显著降低了氯化物对催化剂的腐蚀。
图5：整体水分解性能测试
NiCoMoPO在淡水中的全水分解电压为2.135 V（1000 mA cm⁻²），海水中的全水分解电压为2.096 V（500 mA cm⁻²）。
图6：稳定性与结构重构
在长期电解后，SEM和XPS表明NiCoMoPO的3D结构基本保持稳定，部分成分发生了表面重构，形成了新的活性相，进一步增强了催化性能。
展望
本研究通过异质结构与电子结构的协同优化，成功设计了具有优异性能的NiCoMoPO催化剂。其在高电流密度下表现出的超高稳定性和高效催化性能，证明了其在工业化水分解中的应用潜力。未来，该策略可进一步推广至其他复杂体系，为清洁能源技术的发展提供重要参考。
文献信息
标题：Bimetal Metaphosphate/Molybdenum Oxide Heterostructure Nanowires for Boosting Overall Freshwater/Seawater Splitting at High Current Densities
期刊：Advanced Science
DOI：10.1002/advs.202407892
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202407892
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