摘要：利用可再生电力作为电力输入的电化学水分解被认为是生产绿色氢气的有前景的技术之一。与酸性质子交换膜水电解相比，碱性水电解由于与非惰性电催化剂的相容性，具有成本低、稳定性好和工业集成性等诸多优点。

利用可再生电力作为电力输入的电化学水分解被认为是生产绿色氢气的有前景的技术之一。与酸性质子交换膜水电解相比，碱性水电解由于与非惰性电催化剂的相容性，具有成本低、稳定性好和工业集成性等诸多优点。

然而，阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)需要更大的过电位，导致巨大的能量损失(200-400 mA cm-2，1.8-2.4 V)，因此设计高效的电催化剂以提高反应动力学是推动碱性水电解发展的关键。

目前，铂族金属，如Pt、Ir和Ru等被用作HER和OER电催化剂。然而，贵金属的高成本和稀缺性大大限制了它们的大规模和可持续的利用。因此，迫切需要开发强大的非贵金属基催化剂来加速整体水分解，但这仍具有挑战性。

受到异质界面使复合电催化剂对氧和含氢中间体表现出适度结合力的启发，湖南师范大学周海青和中南大学张龙等将分离的Fe粒子原位生长到金属间MoNi4/MoO2纳米棒表面(Fe/MoNi4/MoO2)，作为高效的双功能水分解电催化剂。

与传统的Fe掺杂策略相比，Fe纳米颗粒的原位生长不仅维持了MoNi4金属间合金优异的HER活性，而且通过在碱性溶液中动态Fe掺入显著提高了其OER性能。在1.0 M KOH中，这种双功能Fe/MoNi4/MoO2催化剂分别仅需59和277 mV的超低过电位，就能为HER和OER提供500 mA cm-2的工业级电流密度，并且该催化剂表现出优异的稳定性。

原位XPS、原位拉曼光谱分析和理论计算结果表明，位于Fe/MoNi4/MoO2多能级界面上的金属位点(Mo、Ni和Fe)通过协同中继催化优化了反应途径。具体而言，MoNi4作为活性位点促进水的吸附/解离过程，Fe/MoNi4加速随后的氢吸附过程；在MoNi4/MoO2表面重建的Ni1-xFexOOH是催化OER的真正活性物物种。

此外，使用Fe/MoNi4/MoO2分别作为阳极和阴极组装的水电解槽仅需要1.586和1.708 V的电池电压就能分别达到500和2000 mA cm-2的电流密度，并且在工业水平电流密度下(500-2000 mA cm-2)显示出优异的耐久性，优于大多数文献报道的双功能非贵金属电催化剂。

总的来说，该项工作提供了一种新的Fe表面改性策略，以开发有效的双功能电催化剂，为在低电池电压下实现超高效和稳定的水电解提供了保证。

Collaborative multi-interface engineering and dynamic iron exchange boost robust bifunctional water electrolysis at 2 A cm-2. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE04619F2

来源：华算科技