泡沫镍负载MoO3 /NiMoO4 纳米棒阵列：工业条件下高效稳定的天然海水双功能电催化剂

针对工业级天然海水电解中催化剂效率低、稳定性差的问题，研究人员通过两步法合成MoO3 /NiMoO4 @NF纳米阵列催化剂。该催化剂在6.0 M KOH/60°C海水中仅需1.841 V即可实现500 mA cm?2 的工业级电流密度，并稳定运行350小时，性能超越Pt/C@NF||RuO2 @NF体系，为规模化海水制氢提供了突破性解决方案。

　　

随着化石能源枯竭与环境问题加剧，氢能因其120 MJ/kg的高能量密度和零碳排放特性成为理想替代能源。然而传统淡水电解制氢受限于资源分布不均，而储量丰富的海水电解又面临Cl^-
腐蚀、催化剂中毒等挑战。当前贵金属催化剂（Pt/C、RuO₂
）虽性能优异但成本高昂，且工业条件下（高温高碱度）的稳定性不足。为此，山东某研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，开发出泡沫镍负载的MoO₃
/NiMoO₄
纳米棒阵列催化剂，通过三步关键技术创新：水热法构建NiMoO₄
纳米棒基底、电沉积生长MoO₃
纳米片形成异质结、原位引入氧空位(O_v
)调控电子结构。

材料合成与表征
通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)证实了MoO₃
/NiMoO₄
异质结构的成功构建，扫描电镜(SEM)显示纳米棒表面垂直生长的纳米片形成分级多孔结构，比表面积达89.6 m²
g^-1
。电子顺磁共振(EPR)检测到显著的氧空位信号，证实了O_v
的存在。

电催化性能
在1.0 M KOH中，该催化剂析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的过电位分别低至59 mV和202 mV（10 mA cm^?2
）。在模拟工业条件的6.0 M KOH/60°C海水中，OER过电位在500/1000 mA cm^?2
时仅需294/368 mV，且能耐受Cl^-
腐蚀。全水解测试中，MoO₃
/NiMoO₄
@NF双电极系统在海水中的电压（1.841 V@500 mA cm^?2
）比商业Pt/C@NF||RuO₂
@NF低210 mV。

机理研究
电化学阻抗谱(EIS)显示异质结界面电荷转移电阻(R_ct
)降低78%，密度泛函理论(DFT)计算表明O_v
能优化活性位点对H和OOH的吸附能。同步辐射证实Mo⁴⁺
/Mo⁶⁺
氧化还原对加速电子转移，而纳米阵列结构促进气泡脱附，避免活性位点屏蔽。

该研究通过"纳米阵列增活面积-异质结促电荷传输-氧空位调电子结构"三重协同机制，实现了工业级电流密度下海水电解的高效稳定运行。催化剂在350小时测试后未出现明显腐蚀或活性衰减，其每千克氢气生产成本较传统工艺降低37%，为海上风电制氢等场景提供了商业化应用可能。研究团队指出，下一步将探索催化剂在波动电流条件下的适应性，并开发卷对卷连续生产工艺。