電化學(xué)水分解(WS)是一種綠色便捷的制氫方法。然而，在陰極(析氫反應(yīng)，HER)和陽極(析氧反應(yīng)，OER)緩慢的動(dòng)力學(xué)阻礙了WS的實(shí)際應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)WS在工業(yè)中的應(yīng)用，開發(fā)穩(wěn)定、高效和低成本的催化劑至關(guān)重要。

近日，廣西大學(xué)尹詩斌團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種具有三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)的N摻雜碳包封Ni/MoO₂納米針(Ni/MoO₂@CN)，用于在工業(yè)堿性條件下加速 WS。

研究人員首先通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算研究了Ni/MoO₂@CN的HER/OER內(nèi)在活性。結(jié)果表明: 

1. N摻雜碳(CN)、Ni和MoO₂的電子結(jié)構(gòu)在三相異質(zhì)結(jié)界面得到優(yōu)化，以調(diào)節(jié)含H和O中間體的吸附能，從而獲得HER的最佳ΔG_H*并降低OER限速步驟(RDS)的ΔG值，增強(qiáng)了HER/OER固有活性和電子轉(zhuǎn)移能力；

2.CN可以防止金屬腐蝕，以提高催化穩(wěn)定性；3.具有介孔/大孔結(jié)構(gòu)的3D NF自支撐納米針可以提供大的比表面積以暴露更多的活性位點(diǎn)，從而降低WS的能壘。

得益于三相異質(zhì)結(jié)界面處CN、Ni和MoO₂之間的協(xié)同作用以及獨(dú)特的自支撐納米針結(jié)構(gòu)，所制備的Ni/MoO₂@CN在10 mA cm^-2和1000 mA cm^-2電流密度下的HER(33 mV，267 mV)和OER(250 mV，420 mV)過電位很小。

并且其在1000 mA cm^-2處顯示出低OER過電位(1.86 V)(60°C，6.0 M KOH溶液)，在330小時(shí)連續(xù)運(yùn)行測試后活性基本不變，顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作為WS提供了一種很有前景的催化劑，并為開發(fā)用于工業(yè)水電解的高效非貴金屬材料提供了新思路。

Three-Phase Heterojunction NiMo-Based Nano-Needle for Water Splitting at Industrial Alkaline Condition. Nano-Micro Letters, 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00744-x