南大/山西师大/山大AFM: 构建Mo-Ni2P/FexP多异质结构，高效催化双pH析氢和水分解

电化学水分解(EWS)技术被认为是一种环保、简单、高效的高纯度制氢技术，不仅可以避免其他可再生能源的间歇性供应，而且可以减少过剩电力的浪费。EWS由两个半反应组成，即阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)。然而，由于HER和OER过程中动力学缓慢，需要更高的过电位来克服反应能垒。为了降低过电位，需采用先进个电催化剂来驱动反应。贵金属催化剂，如Pt和RuO₂/IrO₂对HER和OER表现出有效的催化活性，但其高成本和稀缺性严重阻碍了它们的商业应用。另一方面，在苛刻的酸性溶液中受到腐蚀，导致催化剂的不稳定性和低催化活性，特别是在高电流密度下。因此，开发低成本、高活性、长稳定性和可在宽pH范围运行的双功能电催化剂迫在眉睫。

近日，南开大学焦丽芳、山西师范大学卢文卜、苗向阳和山东大学孙吉凯等成功地在NiFe合金泡沫上制备了一种高效的Mo掺杂Ni₂P/Fe_xP非均相电催化剂(Mo-Ni₂P/Fe_xP-V/NFF)，用于催化酸性/碱性水分解。

实验结果显示，Mo-Ni₂P/Fe_xP-V/NFF多异质结构电催化剂在不同pH介质中对HER和OER具有良好的催化性能和稳定性。在碱性介质中，该催化剂分别仅需157和188 mV的HER过电位就能驱动50和100 mA cm⁻²的电流密度，相同电流密度下所需的OER过电位也低至195和246 mV。

此外，基于Mo-Ni₂P/Fe_xP-V/NFF的碱性水电解槽只需要1.49 V的电池电压就可以达到10 mA cm⁻²的电流密度，并能够在50 mA cm⁻²下连续稳定运行20小时。

在酸性条件下，Mo-Ni₂P/Fe_xP-V/NFF也表现出良好的HER活性，在100和300 mA cm⁻²高电流密度下的过电位分别仅为189.4和241.2 mV，并且在100 mA cm⁻²电流密度下电解100小时后仅发生轻微活性衰减，反应后催化剂的形貌和结构仍保持良好。此外，结合光谱表征和理论计算，Mo的掺杂有效地优化了电催化剂的电子结构，从而提高了性能；其次，OER过程中重构的氢氧化物作为实际活性物质促进了反应进行；最后，多种策略协同促进了H₂O的解离和*OH的解吸，实现了高效的水分解行为。

综上，该项工作不仅证实了Mo掺杂和界面工程提高水分解性能的可行性，而且为合理设计过渡金属磷化物的多相界面以在较宽的pH范围内进行全水分解提供了指导。

Interface engineering of Mo-doped Ni₂P/Fe_xP-V multiheterostructure for efficient dual-pH hydrogen evolution and overall water splitting. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202400397