摘要：在各种水电解制氢的方法中，碱性水电解(AWE)因其技术成熟和运行成本低而脱颖而出。在工业碱性水电解槽中，用于析氢反应(HER)的电极在苛刻的条件下工作。因此，电极必须具有高的催化活性，以便在较低的电位下达到较高的电流密度，从而使电解过程中的总能耗最小化。此外，

在各种水电解制氢的方法中，碱性水电解(AWE)因其技术成熟和运行成本低而脱颖而出。在工业碱性水电解槽中，用于析氢反应(HER)的电极在苛刻的条件下工作。因此，电极必须具有高的催化活性，以便在较低的电位下达到较高的电流密度，从而使电解过程中的总能耗最小化。此外，在高电流密度下，电极表面电解质的快速消耗需要有效的质量传递来迅速补充新鲜电解质，确保电化学反应的连续进行。还有就是，电极必须表现出强大的电化学稳定性，以减少表面溶解，防止活性相脱离。目前，人们开发出许多良好的HER催化剂，并且在实验室条件下表现出优异的性能。然而，它们的性能在高碱性和高电流的环境中往往会降低，这主要是由于催化活性、质量转运速率和总体稳定性的限制。因此，开发结合高活性、高效传质和电化学/机械耐久性的催化剂对于在工业条件下实现持续高效的氢生产至关重要，但这也是该领域的一个重大挑战。为克服上述难题，吉林大学李楠课题组设计了一种基于Mo-Mo2C异质结构的电极(Mo-Mo2C/Mo)。在异质结中掺入金属Mo有两个主要优点：首先，富电子的Mo原子通过界面电子相互作用调节Mo2C的电子结构，这种调制减弱了Mo2C上过强的氢吸附，同时增强了水分子的吸附和解离，从而提高了电极的催化活性；其次，Mo具有较高的耐碱腐蚀性，进一步提高了电极的电化学稳定性。为了加速质量传递，研究人员通过两步工艺设计了具有特定微结构的电极表面。首先，在碳化过程中，在Mo板表面形成“岛状”不规则的Mo2C层，为进一步的结构优化创造了纹理基础；第二步，通过磁控溅射将Mo纳米颗粒沉积在有纹理的Mo2C层上，形成独特的“灌木状”形态。这种形态显著增强了电解质的流动和质量传递。并且，这种制备方法还能使活性物质在Mo载体上原位生长，建立强有力的机械连接，最大限度地减少活性物质的分离。性能测试结果显示，Mo-Mo2C/Mo催化剂在1.0 M KOH中达到500和1000 mA cm-2电流密度所需的过电位分别仅为362和629 mV，优于Pt/C (610和1108 mV)和Pt片 (800和1194 mV)催化剂。此外，在6.0 M KOH中，基于Mo-Mo2C/Mo的双电极系统仅需3.15 V的槽电压就能达到2 A的电流密度，并且其在该电压下能够稳定运行360小时。稳定性测试后，Mo-Mo2C/Mo电极的形貌和结构未发生明显变化，这说明所制备的Mo-Mo2C/Mo电极在大电流HER催化方面具有很大的潜力。综上，该项研究通过电子结构和形貌的精确调控提升了催化剂在恶劣工况下的稳定性，也为设计和开发高效的HER电催化剂提供了重要指导。

Modulating electronic structure and mass transfer kinetics via Mo-Mo2C heterostructure for ampere-level hydrogen evolution. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202422514

来源：朱老师讲VASP