氫氣(H2)作為清潔和高密度的能量載體，有望為可再生能源的持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。電解水可以由豐富的太陽(yáng)能、風(fēng)能和水力資源等可再生電力驅(qū)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綠色制氫不可或缺的技術(shù)。然而，電解水的效率低，特別是在堿性環(huán)境中，這阻礙了其廣泛應(yīng)用。盡管通過(guò)將具有適當(dāng)?shù)牧u基(*OH)結(jié)合能的多相過(guò)渡金屬氧化物/氫氧化物/硫化物結(jié)合在一起，開(kāi)發(fā)基于Pt的復(fù)合催化劑以提高非酸性HER動(dòng)力學(xué)已經(jīng)取得了初步的進(jìn)展，但Pt的稀缺性和高成本嚴(yán)重阻礙了未來(lái)的大規(guī)模應(yīng)用。
基于此，吉林大學(xué)郎興友和蔣青(共同通訊)等人報(bào)道了多組分金屬間化合物Mo(NiFeCo)4納米顆粒集成在分層鎳網(wǎng)絡(luò)(Mo(NiFeCo)4/Ni)上，可以作為強(qiáng)析氫電催化劑實(shí)現(xiàn)活性和穩(wěn)定性顯著提高。為了評(píng)估催化劑的HER性能，本文通過(guò)三電極體系，在1 M KOH電解質(zhì)中，以Ag/AgCl電極作為參比電極，石墨棒作為對(duì)電極進(jìn)行了測(cè)試。由于Mo(NiFeCo)4多組分金屬間化合物納米催化劑(MICs)的存在，納米多孔Mo(NiFeCo)4/Ni僅通過(guò)約47 mV的過(guò)電位就可以達(dá)到100 mA cm-2的電流密度，遠(yuǎn)低于納米多孔MoNi4/Ni(≈64 mV)、NiFeCo/Ni(≈146 mV)和Ni電極(≈219 mV)，這一數(shù)值甚至比納米多孔Pt/C/Ni電極低約21 mV。納米多孔Mo(NiFeCo)4/Ni電極除了能有效地促進(jìn)HER外，還可作為OER前驅(qū)催化劑。結(jié)果表明，納米多孔的EON(電氧化硝化)-Mo(NiFeCo)4/Ni電極在1 M KOH中表現(xiàn)出令人印象深刻的OER性能。納米多孔EON-Mo(NiFeCo)4/Ni電極在1 M KOH電解質(zhì)中具有≈216 mV的低起始過(guò)電位和≈34 mV dec-1的低Tafel斜率，并且只需350 mV的過(guò)電位即可達(dá)到約960 mA cm-2的高電流密度。此外，納米多孔的EON-Mo(NiFeCo)4/Ni電極在280 mV的過(guò)電位下也表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性?；诖呋瘎┙艹龅膲A性HER和OER電催化性能，將納米多孔Mo(NiFeCo)4/Ni及其EON衍生物分別作為陰極和陽(yáng)極催化劑在1 M KOH中進(jìn)行全水解?；诩{米多孔Mo(NiFeCo)4/Ni的電解槽可以在≈1.579 V的低電壓下達(dá)到100 mA cm-2的電流密度，遠(yuǎn)低于商業(yè)Pt/C和RuO2/C納米催化劑(≈1.766 V)，并且具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。對(duì)于Mo(NiFeCo)4/Ni催化劑，在金屬間化合物Mo(NiFeCo)4中，F(xiàn)e和Co原子部分隨機(jī)取代了金屬間化合物Mo(NiFeCo)4中的Ni位點(diǎn)，形成了高熵的NiFeCo亞晶格，這不僅提高了催化劑的熱力學(xué)/動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，而且使得雙功能活性位點(diǎn)加速水的解離，同時(shí)促進(jìn)*H的吸附/結(jié)合，大大提高了催化劑在堿性環(huán)境中的HER的動(dòng)力學(xué)。此外，分層的納米多孔Ni骨架還促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移和H2O/HO-轉(zhuǎn)移到Mo(NiFeCo)4豐富的活性位點(diǎn)。更重要的是，由于Mo(NiFeCo)4納米顆粒中形成了多組分NiFeCo亞晶格和穩(wěn)定的Mo(NiFeCo)4/Ni相干界面，從而抑制了劇烈析氫過(guò)程中原子間擴(kuò)散、粒子間聚集和活性位點(diǎn)的消失，因此催化劑具有極高的穩(wěn)定性。結(jié)合本文的研究結(jié)果，Mo(NiFeCo)4/Ni優(yōu)異的電化學(xué)性能使其有望成為大規(guī)模制氫的堿性電解水催化劑。Multicomponent Intermetallic Nanoparticles on Hierarchical Metal Network as Versatile Electrocatalysts for Highly Efficient Water Splitting, Advanced Functional Materials, 2023, DOI: 10.1002/adfm.202214412.https://doi.org/10.1002/adfm.202214412.
