溶胶-凝胶法制备NiO–MoS2双功能丝网印刷电极用于高效全解水

本研究针对传统电解水电极制备工艺复杂、成本高的问题，开发了一种基于溶胶-凝胶法合成的NiO–MoS2催化剂墨水，通过丝网印刷技术在碳布上制备柔性自支撑双功能电极。该电极在碱性介质中表现出优异的HER（η10=-159 mV）和OER（η10=382 mV）活性，组装电解槽仅需1.79 V即可实现10 mA/cm2的电流密度，为规模化生产高性能水分解电极提供了新策略。

　　

随着全球能源结构转型加速，氢能作为清洁能源载体备受关注。电催化水分解技术因其零碳排放特性成为制氢研究热点，但现有电解槽普遍面临电极材料成本高、制备工艺复杂等瓶颈问题。传统镍基平板电极在碱性条件下虽具成本优势，却存在气泡附着阻塞活性位点、催化剂易脱落等缺陷，导致高电流密度下性能骤降。更棘手的是，目前商用电极多依赖贵金属催化剂（如Pt/C、IrO₂），其稀缺性和高昂价格严重制约规模化应用。针对这些挑战，泰国科研团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，创新性地将溶胶-凝胶法与丝网印刷技术结合，开发出具有三维结构的NiO–MoS₂/碳布柔性电极，为低成本规模化制备高效水分解电极提供了新思路。

研究团队采用三项关键技术：1）基于Anderson型多金属氧酸盐（POM）前驱体的溶胶-凝胶合成法构建NiO–MoS₂异质结构；2）通过丝网印刷技术将催化剂浆料均匀涂覆于碳布基底；3）采用三电极体系在1 M KOH溶液中评估HER/OER性能，并组装对称电解槽测试全水解性能。

【合成与表征】部分揭示，通过溶剂热法将镍原子精准嵌入Mo₆八面体簇形成的NiMo₆前驱体，经硫化处理后成功获得NiO–MoS₂复合物。XPS分析证实Ni²⁺与MoS₂的协同作用优化了电子结构，FE-SEM显示该材料具有多孔凝胶网络特征，比表面积达187 m²/g，为催化反应提供丰富活性位点。

【电化学性能】数据显示，丝网印刷制备的电极表现出类铂特性：HER塔菲尔斜率仅116 mV/dec，过电位比纯MoS₂降低210 mV；OER活性显著提升，75 mV/dec的塔菲尔斜率优于多数镍基催化剂。原位拉曼光谱证实NiO/MoS₂界面在反应中形成NiOOH活性物种，协同促进水分子解离。

【实际应用验证】中，组装的全水解电解槽在1.79 V低电压下即可驱动10 mA/cm²电流密度，连续运行100小时后性能衰减<5%。post-stability分析表明，碳布三维结构有效缓解气泡阻塞，而Ni–O–Mo键合作用抑制了活性组分溶出，这是传统平板电极难以实现的优势。

该研究的突破性在于：1）首创将POM化学应用于电解水电极设计，通过分子级调控实现活性位点精准构筑；2）开发可规模化生产的丝网印刷工艺，电极制备效率提升20倍；3）证实过渡金属氧化物/硫化物界面工程可突破碱性介质中MoS₂催化活性局限。这项工作不仅为可再生能源制氢提供了经济高效的电极解决方案，其"凝胶化设计+印刷制造"的研究范式更为新型能源材料开发开辟了新路径。正如通讯作者Muralikrishna Sreeramareddygari强调的，这种模块化电极设计可轻松适配工业电解槽规格，有望加速绿氢技术的商业化进程。