開發(fā)高效水電解析氫催化劑是突破制氫成本瓶頸、加速氫能經(jīng)濟(jì)規(guī)模化落地的核心路徑。異質(zhì)界面工程可通過電荷重排優(yōu)化中間體吸附能提升析氫（HER）性能，但三相體系中組分協(xié)同機(jī)制與“組分界面-性能”構(gòu)效關(guān)系仍不明確，且異質(zhì)結(jié)微觀結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移與物質(zhì)傳遞協(xié)同優(yōu)化策略亟待突破。
針對上述問題，廣州能源所制氫與利用科研團(tuán)隊(duì)提出“結(jié)構(gòu)-界面同步優(yōu)化”策略，構(gòu)建了三相異質(zhì)結(jié)催化劑a-MoS?/Ni3S2/Ni3N@NF-2。通過調(diào)控前驅(qū)體比例實(shí)現(xiàn)組分/形貌可控合成，建立三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和超親水疏氣表面，顯著提升活性位點(diǎn)暴露率與氣泡脫附速率（圖1）。研究表明：Ni3S2可調(diào)控中間體吸附能，其比例調(diào)控可誘導(dǎo)強(qiáng)界面電子相互作用。XPS與DFT計(jì)算證實(shí)（圖2），Mo位點(diǎn)電子密度提升使氫吸附自由能（ΔGH*）降低至-0.06 eV，接近鉑基催化劑理論值。
圖1.?多級結(jié)構(gòu)示意圖及HER性能
圖2.?XPS結(jié)合能變化及DFT計(jì)算
優(yōu)化后的催化劑在1 M KOH中表現(xiàn)出優(yōu)異性能：10 mA cm-2電流密度下過電位僅69 mV，塔菲爾斜率為63.7 mV dec-1，性能指標(biāo)居非貴金屬催化劑前列。該研究為三相異質(zhì)結(jié)催化劑界面工程與微觀結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化提供了新思路。
該研究得到廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等的資助。
相關(guān)研究成果發(fā)表于能源化工領(lǐng)域期刊Chemical Engineering Journal（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161077），中國科學(xué)院廣州能源研究所涂志明為第一作者，申麗莎助理研究員和閆常峰研究員為共同通訊作者。
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