碳修饰CoS2 -MoO2 复合材料的HER与OER双功能电催化剂设计及其海水分解应用

本研究针对传统贵金属催化剂成本高、储量少的问题，设计了一种碳通道包覆CoS2 -MoO2 复合材料的双功能电催化剂。通过原位合成策略增强界面导电性，实现在碱性介质中HER（75 mV@20 mAcm?2 ）和OER（203 mV@20 mAcm?2 ）的低过电位性能，电解槽仅需1.5 V即可高效产氢，为海水分解提供了经济高效的解决方案。

　　

氢能作为清洁能源的代表，其电解水制备技术面临两大瓶颈：阳极氧演化反应(OER)动力学缓慢，以及依赖昂贵的铱、钌基催化剂。尽管过渡金属氧化物(TMOs)和硫化物(TMS)因成本优势受到关注，但其活性和稳定性仍难以兼顾。韩国研究人员在《Inorganic Chemistry Communications》发表的这项研究，通过巧妙的界面工程设计，将CoS₂
与MoO₂
复合物嵌入碳通道网络，成功开发出兼具高活性与稳定性的双功能电催化剂。

研究采用水热合成结合高温处理的制备路线，通过X射线衍射(XRD)证实了CoS₂
(JCPDS:00–041-1471)与MoO₂
(JCPDS:01–078-1072)的成功复合。碳通道的原位形成不仅增强了电子传导，还通过暴露(200)、(210)等晶面增加活性位点密度。电化学测试显示，该材料在1 M KOH中实现HER过电位75 mV和OER过电位203 mV（均@20 mAcm^?2
），性能超越多数非贵金属催化剂。全水解测试中，CoS₂
-MoO₂
||CoS₂
-MoO₂
电解槽仅需1.5 V工作电压，且碳网络有效缓解了碱性介质中MoO₂
的溶解问题。

材料与方法
关键技术包括：水热法合成前驱体、高温硫化处理构建CoS₂
-MoO₂
异质结、原位碳通道形成工艺。电化学测试采用标准三电极体系，线性扫描伏安法(LSV)评估HER/OER活性，电化学阻抗谱(EIS)分析界面电荷转移特性。

结果与讨论

1. 结构表征：XRD证实复合材料成功保留CoS₂
   立方相和MoO₂
   单斜相，碳包覆未改变晶型但提高结晶度。
2. 形貌分析：SEM显示碳通道形成三维连通网络，TEM观察到CoS₂
   与MoO₂
   的紧密界面接触。
3. 电化学性能：Tafel斜率分析表明碳通道加速质子转移，EIS证明界面电阻降低50%以上。
4. 稳定性测试：连续工作100小时后活性衰减<5%，XPS证实表面Co²⁺
   /Mo⁴⁺
   氧化态保持稳定。

结论
该研究通过"碳通道限域"策略解决了TMS/TMO复合材料导电性差和活性位点不足的核心问题。CoS₂
-MoO₂
异质界面诱导的电子重分布促进了H₂
O分子解离，而碳网络不仅提升电荷传输效率，还防止了碱性介质中的颗粒团聚。这种设计理念为开发非贵金属海水分解催化剂提供了新思路，其1.5 V的低工作电压已接近工业应用门槛。Karmegam Dhanabalan团队的工作标志着过渡金属基电催化剂向实用化迈出了关键一步。