摘要：半个多世纪以来，过渡金属碳化物一直被认为是电催化析氢反应（HER）中贵金属铂基催化剂的有前途的替代品。然而，由于质子活性降低和过渡金属中心难以避免的碱浸问题，过渡金属碳化物在高pH电解液中催化析氢的有效性受到严重限制。

半个多世纪以来，过渡金属碳化物一直被认为是电催化析氢反应（HER）中贵金属铂基催化剂的有前途的替代品。然而，由于质子活性降低和过渡金属中心难以避免的碱浸问题，过渡金属碳化物在高pH电解液中催化析氢的有效性受到严重限制。

2025年1月6日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所崔义研究员在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Termination-acidity tailoring of molybdenum carbides for alkaline hydrogen evolution reaction》的研究论文，陈志刚、Minghao Yang、Yifan Li、巩文斌为论文共同第一作者，崔义研究员为论文通讯作者。

崔义，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员，国家级青年人才（2016）。本科毕业于大连理工大学，在中国科学院大连化物所获得博士学位（导师为包信和院士），获得过洪堡学者奖学金支持在德国Fritz-Haber研究所从事过博士后研究。2015年加入中国科学院苏州纳米所。

崔义长期致力于催化材料、二维材料的表界面科学研究，已发表学术论文100余篇，主持了多项国家级和省级自然科学基金项目。

在此，通过利用表面科学技术对碳化钼（Mo2C）模型-催化剂体系进行验证，研究人员发现Al3+掺杂MoO2层封端的Mo2C微米球表现出显著的碱性析氢性能，其具有接近于零的起始电位、在 10 mA/cm2的电流密度下表现出低过电势（40 mV）和较小的塔菲尔斜率(45 mV/dec)，以及连续制氢超过200小时的长期稳定性。

先进的形貌和光谱表征表明，Al-MoO2末端内的局部-Al-OH-Mo-结构可作为强布朗斯台德酸位点，加速碱性HER过程中的去质子化动力学。

本工作奠定了一种有趣的终止酸度定制策略，以探索水电解及其他领域的经济高效的催化剂。

图1：Al-MoO2@Mo2C模型催化剂用于碱性HER过程

图2：AlP-MoO2@Mo2C材料的组成和形貌表征

图3：AlP-MoO2@Mo2C催化剂在1.0 M KOH电解液中的HER性能

图4：Al-MoO2@Mo2C材料结构稳定性

图5：多种高分辨率光谱表征

图6：DFT计算预测AlP-MoO2@Mo2C催化剂模型的碱性HER活性

综上，作者研究了一种通过调节碳化钼（Mo2C）表面酸性来提高其在碱性电解液中电催化析氢反应（HER）性能的方法。通过在碳化钼表面引入Al3+掺杂的MoO2层，显著提高了其在碱性条件下的HER活性和稳定性。

本研究为过渡金属碳化物在碱性HER中的应用提供了新的理论依据和设计思路，特别是在高pH条件下提高催化剂活性和稳定性方面；通过简单的表面改性策略，实现了低成本催化剂在碱性水电解中的高效应用，为替代昂贵的铂基催化剂提供了可能。

该技术有望在大规模水电解制氢中得到应用，特别是在碱性水电解系统中，降低生产成本，提高能效；此外，该策略还可以扩展到其他过渡金属碳化物的改性中，用于开发更多高效、稳定的电催化剂，应用于燃料电池、电解水制氢等领域。

Chen, Z., Yang, M., Li, Y. et al. Termination-acidity tailoring of molybdenum carbides for alkaline hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-55854-6.

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