层间键合Ni/MoO2电催化剂实现6000小时稳定高效析氢反应：突破工业级电流密度瓶颈

针对阴离子交换膜电解水（AEM-WE）中氢析出反应（HER）催化剂机械稳定性不足的问题，研究人员通过腐蚀策略构建了具有致密MoO2中间层的自支撑电极Int-Ni/MoO2。该电极在1M KOH中实现73.2±14.2 mV超低过电位，并在1000 mA cm-2下稳定运行6000小时，组装器件降解率仅3.96 μV h-1，为工业级绿氢生产提供突破性解决方案。

　　

论文解读
在碳中和背景下，绿氢制备技术成为能源转型的关键。阴离子交换膜电解水（AEM-WE）因其成本优势备受关注，但阴极氢析出反应（HER）在工业级电流密度（>1000 mA cm^-2）下面临严峻挑战：剧烈气泡冲击导致催化剂脱落、异质界面结合力弱、局部应力分布不均等问题，严重制约电解槽寿命。传统Pt/C催化剂虽活性优异，但粘结剂在安培级电流下易失效，而过渡金属基催化剂又难以兼顾长期稳定性与高活性。

为解决这一难题，西湖大学的研究团队在《Nature Communications》发表突破性成果，通过创新性腐蚀策略构建了具有层间键合结构的Int-Ni/MoO₂电极。该研究采用多学科交叉方法，结合原位X射线衍射（XRD）、高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）、纳米压痕测试等技术，系统评估了催化剂的机械与电化学性能。通过气相接触角测量和高速摄像技术解析了气泡动力学行为，并采用加速应力测试（AST）模拟工业运行条件。

结果与讨论
机械稳定性突破
通过将泡沫镍（NF）浸入含PVP的钼酸铵溶液，形成(NH₄)₄[H₆Mo₆NiO₂₄]·4H₂O多金属氧酸盐前驱体中间层，经H₂/Ar处理后转化为与催化层同结构的MoO₂纳米颗粒。该设计使超声处理（53 kHz）1小时后质量损失仅7.5±1.7%，远低于传统NiMo/MoO₂电极的69.9±1.9%。纳米划痕测试显示临界结合力达24.8±3.1 mN，证实中间层通过同质结构界面将气泡冲击从基底-催化层异质界面转移至中间层-催化层界面。

催化性能卓越
在1M KOH中，Int-Ni/MoO₂展现73.2±14.2 mV@1000 mA cm^-2的超低过电位，优于Pt/C（243.0±2.9 mV）。其刀片状催化层具有3.52 nm纳米孔道，促进传质；气相接触角达147°（Pt/C仅89°），气泡粘附力（51.50±1.09 μN）比对照低30.7%，使气泡平均脱离时间缩短至65±14 ms（Pt/C需457±163 ms）。

工业级稳定性验证
加速测试中，Int-Ni/MoO₂在6000 mA cm^-2下无衰减，6000小时持续运行后结构保持完整。组装的25 cm² AEM-WE器件在1.8V电压下实现3430 mA cm^-2电流密度，超越美国能源部（DOE）2026年目标。稳定性数（S-number）达1.7×10⁵，表明每溶解1个Mo原子可产生17万次HER循环。

结论与展望
该研究通过"腐蚀-原位生长"策略创新性地构建了同质结构中间层，解决了工业级HER中机械稳定性与催化活性的矛盾。刀片状形貌设计协同纳米多孔结构，实现了气泡快速脱附与传质强化。研究成果为设计安培级电解水催化剂提供了新范式，推动绿氢技术向产业化迈进。未来可通过调控中间层组分拓展至其他电催化体系，如氧析出反应（OER）或CO₂还原等领域。