界面工程构建Nd2 Se3 –Mn2 O3 异质结纳米球用于高效碱性全水分解

本研究针对贵金属电解水催化剂成本高、稳定性差的问题，通过水热法构建Nd2 Se3 –Mn2 O3 异质结纳米球，实现HER（260 mV@10 mA cm?2 ）和OER（121 mV）双功能催化，在1.47 V低电压下稳定运行96小时，为稀土/过渡金属异质结设计提供新范式。

　　

随着全球能源危机加剧，氢能因其140 MJ kg^?1
的高能量密度成为化石燃料的理想替代品。然而，传统贵金属催化剂（如Pt/C、IrO₂
）的高成本和低稳定性严重制约电解水制氢技术的规模化应用。过渡金属氧化物虽成本低廉，但受限于导电性差和活性位点不足；稀土材料虽具独特4f电子结构，却鲜少用于电解水体系。如何通过材料设计协同提升催化活性和稳定性，成为该领域的关键科学问题。

沙特阿拉伯Northern Border University的M. Abdul团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，创新性地将稀土硒化物Nd₂
Se₃
与过渡金属氧化物Mn₂
O₃
复合，采用水热法在不锈钢基底上构建异质结纳米球。通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）表征材料结构，结合电化学阻抗谱（EIS）和双电层电容（C_dl
）测试分析界面特性，最终在1 M KOH中评估HER/OER性能。

材料表征与界面分析
XRD证实异质结成功保留Nd₂
Se₃
（JCPDS 00-019-0823）和Mn₂
O₃
（JCPDS 01-071-0636）两相。TEM显示球形形貌与丰富孔道结构，EDX图谱验证Nd、Mn、Se元素均匀分布。XPS揭示Nd 3d_5/2
结合能正移0.8 eV，Mn 2p_3/2
负移0.5 eV，证实界面电子重排形成Nd-Se-Mn电荷传输通道。

电化学性能突破
在10 mA cm^?2
电流密度下，异质结的HER过电位（121 mV）较纯Nd₂
Se₃
（198 mV）降低39%，OER过电位（260 mV）较Mn₂
O₃
（320 mV）降低19%。Tafel斜率分析显示HER（98 mV dec^?1
）和OER（67 mV dec^?1
）动力学显著改善，EIS测试证实电荷转移电阻（R_ct
）降低至12.4 Ω。

全水解实际应用
组装的双电极电解槽仅需1.47 V电压即可驱动10 mA cm^?2
全水分解，优于多数非贵金属催化剂。连续运行96小时后活性衰减<5%，C_dl
测试表明异质结电化学活性表面积（ECSA）达纯材料的3.2倍。

该研究通过稀土-过渡金属电子耦合策略，首次实现Nd₂
Se₃
在电解水领域的应用突破。异质界面诱导的晶格畸变和硒空位协同优化氢吸附自由能（ΔG_H*
），而Mn(III)活性中心与Nd 4f电子的相互作用加速了OH^?
脱质子化过程。这种"一石二鸟"的设计理念为开发高效-稳定-低成本三重特性催化剂提供了新思路，对推进绿氢产业化具有重要指导意义。