多界面SnO2-Co3O4-Mo2S3纳米复合材料的协同效应及其在高效电催化水分解中的应用

研究人员针对贵金属电催化剂成本高、稳定性差的问题，设计了一种新型多界面SnO2-Co3O4-Mo2S3异质结构纳米复合材料。该材料通过声化学法合成，在碱性条件下表现出卓越的双功能催化性能（OER/HER），仅需1.45V电压即可实现10mA/cm2的全水解，稳定性达72小时，为清洁能源转换提供了高效解决方案。

　　

随着化石燃料枯竭与环境问题加剧，氢能作为清洁能源备受关注。电催化水分解技术虽前景广阔，却受限于贵金属催化剂（如IrO₂、Pt）的高成本和低稳定性。过渡金属化合物虽成本低廉，但存在导电性差、活性位点不足等缺陷。印度理工学院（ISM）Dhanbad的Priyanshu Chaubey团队在《Surfaces and Interfaces》发表研究，通过构建多界面SnO₂-Co₃O₄-Mo₂S₃异质结构纳米复合材料，成功破解了这一难题。

研究采用三步法合成策略：水热法结合声化学技术构建珊瑚状纳米花与纳米立方体耦合结构，通过X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）验证材料晶相与电子态，并利用电化学工作站测试催化性能。

【XRD和XPS结果】
XRD显示Mo₂S₃呈单斜晶相（JCPDS 81-2031），SnO₂为四方金红石结构（JCPDS 41-1445），Co₃O₄为尖晶石相（JCPDS 42-1467）。XPS证实Sn⁴⁺、Co²⁺/Co³⁺和Mo⁴⁺的共存，界面电子转移显著提升导电性。

【电催化性能】
在2.0M KOH中，OER过电位仅192.3mV@10mA/cm²，Tafel斜率99mV/dec；1.0M H₂SO₄中HER过电位204.98mV，Tafel斜率102.8mV/dec。全水解仅需1.45V电压，72小时稳定性测试后电流密度无衰减，优于贵金属催化剂。

该研究通过界面工程策略，首次实现SnO₂-Co₃O₄-Mo₂S₃三组分协同效应：SnO₂提供结构支撑，Co₃O₄优化OH吸附，Mo₂S₃促进H脱附。这种"珊瑚-立方体"分级结构暴露出大量活性位点，电子重分布加速电荷传输，为工业化制氢设备开发奠定基础。