通讯作者：Aidong Tang, and Huaming Yang通讯单位：Central South University开发用于碱性水/海水条件下的析氢反应（HER）具有高活性和耐久性的非贵金属催化剂的关键是构建多界面电催化剂。本文首先采用水热法在泡沫镍（NF）上制备了CoMoO4纳米棒阵列。然后，将纳米棒阵列浸泡在硝酸镍溶液中，然后通过化学气相沉积进行磷化处理，制备出具有多界面的Ni(PO3)2-CoP4。Ni(PO3)2 CoP4/CoMoO4/NF电极在碱性条件下表现出优异的HER电催化性能，具有79 mV@100 mA·cm-2的超低过电位，其性能优于其他报道的富含地球的过渡金属磷化物催化剂。它还在碱性水/海水电解质中以恒定 100 mA·cm-2 保持 60 小时的长期耐久性。在碱性天然海水电解液中，Ni(PO3)2-CoP4/ CoMoO4/NF (-)||NiFe LDH (+) 对在电压仅为 1.60 V@100 mA·cm -2时具有良好的 60 h 长期稳定性。优异的性能归功于丰富的活性位点和快速的电子转移速率。这项工作为合理设计用于碱性水/海水电解的低成本和多界面 3D 催化剂的设计策略提供了一条新途径。我们通过界面工程策略合成了在 CoMoO4 纳米棒上生长的多界面 Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF 集成电极。在碱性水/海水电解质中，由于纳米棒-纳米颗粒的独特结构产生了丰富的界面和协同效应，它表现出优异的HER性能。Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF的小界面电化学阻抗导致有效的电荷转移能力，显着增强了缓释水解的动力学。Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF 催化剂在 100 mA·cm-2 下仅需要 79 mV 的超低过电位，显着超过基线 Pt/C 和大多数报道的地球丰富的 TMP 催化剂。100 mA·cm-2 碱性水/海水电解质中的 HER 反应在 60 小时内没有显着降低。此外，在碱性天然海水电解质中与 OER 催化剂 NiFe LDH 耦合，Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF (-)||NiFe LDH (+) 对在 100 mA·cm- 2下达到 1.60 V并保持60小时以上的长期稳定性，表现出优异的耐久性，为工业规模化制氢提供了广阔的前景。
图 1：自支撑 3D Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF 催化剂和用于析氢反应的多界面纳米结构的制造路线示意图。
图 2： Ni(PO3)2 CoP4/CoMoO4/NF 的 (a,b) 不同放大倍率下的 SEM 图像，(c) TEM 图像和 (d-f) HRTEM 图像，以及 (g) Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF的Ni、Co、Mo、P和O的HAADF-STEM元素图谱。
图 3： (a) XRD 图谱，(b) 不同催化剂的 XPS 测量光谱，以及 (c-f) Ni 2p、Co 2p、Mo 3d 和 P 2p 的高分辨率光谱。
图 4： 1.0 M KOH 中的电化学性能。(a) HER LSV 曲线和 (b) 不同催化剂的 Tafel 图。(c) 在碱性条件下，各种报道的高性能 TMP 催化剂在 100 mA·cm-2 所需的过电势比较。 (d) 双层电容 (Cdl)。(e) 30 mV·s -1 时的 CV 曲线。(f) 在 -0.02 V (vs RHE) 下检查的 EIS 图。(g) Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF 催化剂的计时电位测试和 (h) 连续 CV。
图 5：(a) Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF 催化剂在不同电解质中的 LSV 曲线（插图：碱性和天然海水电解质的照片）。(b) Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF催化剂在天然海水电解质中的计时电位测试。(c) 碱性 HER 机理示意图。(d) 碱性水/海水电解质中两个电极系统的 LSV 曲线。(e) Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4/NF (-)||NiFe LDH (+) 电池系统在天然海水中的催化稳定性测试。Mei Yang, Shilin Zhang, Tian Wang, Beibei Shi, Jingyan Liu, Yili Tang, Zonglin Xu, Muhammad Tariq Sarwar, Aidong Tang, and Huaming Yang, Multiple Interface Ni(PO3)2-CoP4/CoMoO4 Nanorods for Highly Efficient Hydrogen Evolution in Alkaline Water/Seawater Electrolysis, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2022).https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c04034
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