异质界面丰富的NiMo/CoP纳米花电极：高效碱性水分解电催化剂的设计与应用

为开发高性能、低成本的非贵金属催化剂，研究人员通过水热法、磷化及磁控溅射技术构建了NiMoX/CoP异质结构纳米花电极。该催化剂在碱性条件下表现出卓越的HER（30 mV@10 mA cm?2）和OER（216 mV@10 mA cm?2）活性，且稳定性长达60小时，为工业水分解提供了新策略。

　　

在全球能源危机与环境污染的双重压力下，氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为理想的可再生能源替代品。然而，当前电解水制氢技术严重依赖铂、铱等贵金属催化剂，其高昂成本制约了规模化应用。过渡金属磷化物(TMPs)虽展现出替代潜力，但仍面临活性不足、稳定性差等挑战。如何通过界面工程调控电子结构，实现非贵金属催化剂性能突破，成为该领域的研究焦点。

武汉工程大学的研究团队在《Fuel》发表论文，提出了一种创新解决方案：通过水热合成、磷化处理和磁控溅射三步法，构建了具有纳米花形貌的NiMo_X/CoP异质结构电极。该研究通过精确调控NiMo合金层厚度（450 nm为最优），实现了HER过电位低至30 mV@10 mA cm^?2，OER过电位216 mV@10 mA cm^?2，且组装的电解槽仅需1.54 V电压即可稳定运行60小时。

关键技术方法

1. 水热法制备CoP纳米花基底，形成高比表面积结构；
2. 气相磷化将钴前驱体转化为高活性CoP相；
3. 磁控溅射沉积NiMo合金层，厚度通过功率和时间精确调控；
4. 电化学测试系统评估HER/OER性能，采用三电极体系在1 M KOH中测试。

研究结果

1. 材料表征
   透射电镜(TEM)显示NiMo₄₅₀/CoP由交错纳米片构成三维花状结构，X射线衍射(XRD)证实NiMo合金与CoP的异质界面形成。X射线光电子能谱(XPS)揭示界面电荷重分布，Mo的d带中心下移优化氢吸附自由能(ΔG_H*)。

2. 电化学性能
   线性扫描伏安(LSV)曲线表明，NiMo₄₅₀/CoP的HER性能超越多数报道的TMPs催化剂，塔菲尔斜率仅41 mV dec^?1，证实Volmer-Heyrovsky机制主导反应。电化学阻抗谱(EIS)显示其电荷转移电阻(R_ct)最低（2.1 Ω），归因于异质界面加速电子传输。

3. 稳定性机制
   chronopotentiometry测试后，扫描电镜(SEM)显示纳米花结构保持完整，XPS证实表面磷化物未氧化。密度泛函理论(DFT)计算表明，Ni位点促进水解离(H₂O → H* + OH^?)，而相邻Mo位点降低H*结合能，形成协同效应。

结论与意义
该研究通过界面工程成功构建了NiMo/CoP异质结构，其创新性体现在：

1. 性能突破：HER活性接近商用Pt/C，OER性能优于IrO₂，且双功能特性减少电解槽组装复杂度；
2. 机制阐释：首次通过实验与理论计算结合，阐明NiMo-CoP界面"双位点协同"催化机制；
3. 工业价值：磁控溅射工艺易于放大生产，为千瓦级电解槽设备提供材料基础。

这项工作不仅为设计高效非贵金属催化剂提供了新思路，更推动了水分解技术向低成本、规模化应用迈进。未来研究可进一步探索其他过渡金属合金（如FeCo、NiW）与磷化物的组合，拓展异质界面调控策略。