北京科技大学Nano Energy：构建MoO2/Ni3S2异质结界面，增强碱性HER活性

氢气作为一种清洁的可再生能源，被广泛认为是未来燃料来源的主要候选着之一。利用可再生电力驱动的电化学水分解技术显示出作为可持续制氢方法的巨大潜力。在工业环境中，碱性水电解能够克服对昂贵的质子交换膜的需求，并增强阳极上发生的析氧反应(OER)的缓慢的动力学，同时提高金属基催化剂的耐久性。

然而，由于碱性水电解需要额外的水分子解离反应，碱性HER的转换效率相对于酸性电解质较低，这不可避免地增加了HER的活化能垒。铂(Pt)基催化剂在酸性介质中被认为是最有效的HER电催化剂，但由于其缓慢的水解离能力，在碱性电解质中工作时，其转化效率会降低2-3个数量级。因此，开发稳定、高产的碱性HER电催化剂是降低过电位、提高水电解过程整体能效的有效途径。

近日，北京科技大学单艾娴和王荣明等通过一步水热反应在泡沫镍上制备了自支撑的MoO₂纳米球修饰的Ni₃S₂异质结构纳米棒阵列(MoO₂/Ni₃S₂/NF)。实验结果表明，MoO₂纳米球和Ni₃S₂纳米棒形成的独特异质界面极大地提高了HER活性，使得MoO₂/Ni₃S₂/NF电极在碱性介质中表现出74.0 mV的小过电位(10 mA cm⁻²)和85.2 mV dec⁻¹的Tafel斜率。

本研究采用泡沫镍作为载体，不仅可以有效缓解催化剂粉末脱落问题，从而提升系统的整体性能，而且其三维网络结构可以促进电荷的快速转移，显著提高其比表面积，从而提升催化性能。因此，该催化剂在长时间析氢过程中表现出显著的稳定性。

更重要的是，MoO₂/Ni₃S₂异质结内部强烈的电子耦合效应通过局域电子重构改变了异质界面的电子结构，有助于高效电子转移到活性位点，优化了反应中间体的结合能，赋予MoO₂/Ni₃S₂催化剂良好的电催化HER活性。

此外，理论计算结果表明，MoO₂/Ni₃S₂异质界面可以很好地降低水的解离势垒，优化H在电催化剂表面的吸附能力从而提高反应动力学。总的来说，该项工作为制备碱性环境下高效稳定的HER催化剂提供了一种经济有效的界面工程策略。

Enhanced alkaline hydrogen evolution reaction of MoO₂/Ni₃S₂ nanorod arrays by interface engineering. Nano Energy, 2024. DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.109299