在水電解過程中，設計具有高活性和超穩(wěn)定性的經(jīng)濟高效的電催化劑以替代貴金屬基電催化劑進行析氫反應(HER)至關重要。有文獻證明，由于不同元素的協(xié)同電子效應，將兩種不同的金屬合金化是提高催化活性和導電性的有效方法。例如，第二種金屬(如 Mo、Ni、Mn和Fe)和Co元素的協(xié)同效應可以有效地調(diào)整Co物種的電子結構，從而提高HER活性。在此，弘前大學官國清和馬克斯普朗克固體化學物理研究所Yufei Ma等通過簡便的電沉積方法在碳纖維紙(CFP)上成功合成了具有異質(zhì)結構的Zn-VOx-Co二維(2D)納米片。所獲得的納米片由具有異質(zhì)結構的無定形VOx-Co和Zn-Co結晶相組成。另外，Zn和VOx的雙重摻雜優(yōu)化了Co的d帶中心并平衡了H的吸附和解吸，從而增強了固有的電催化HER 活性。因此，在1 M KOH溶液中，最佳Zn-VOx-Co催化劑在低至46 mV的過電位下實現(xiàn)了10 mA cm-2的電流密度，并實現(xiàn)了在η=-100 mV下超過36小時的長期電化學穩(wěn)定性。實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，Zn-VOx-Co電催化劑出色的HER性能應主要歸功于其獨特的納米結構和相關的電子結構: 1.2D超薄納米片增加了活性位點并促進了電解質(zhì)的滲透。同時，重疊的納米片結構增強了機械強度，確保了氫氣產(chǎn)生和釋放過程的持久性；2.獨特的結晶/非晶異質(zhì)結構有利于氫吸附或解吸過程。通常，VOx簇摻雜到金屬鈷中導致形成具有豐富可變價數(shù)和大量不飽和化學鍵的無定形結構，可以增強對水的吸附。同時，Zn物種的引入增加了電導率，可以有效地促進電子轉移。特別是晶相和非晶相的協(xié)同作用保證了HER過程中吸附和解吸的平衡，顯著降低了過電位。3.簡便的電沉積方法促進了Zn-VOx-Co納米片與裸CFP之間的界面電子轉移，降低了Zn-VOx-Co基電極的電阻，最終提高了催化效率。Zn-VOx-Co nanosheets with amorphous/crystalline heterostructure for highly efficient hydrogen evolution reaction. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.134329
