异质界面优化的层级结构Ni(OH)2 /CoWO4 /Co3 W3 C@CNF电催化剂及其对析氧性能的增强机制

针对过渡金属催化剂在析氧反应(OER)中存在的高氧中间体吸附能垒和缓慢电荷转移动力学问题，研究人员通过静电纺丝法构建了Ni(OH)2 -CoWO4 /Co3 W3 C@CNF异质结构催化剂。该催化剂在10 mA cm?2 电流密度下仅需250 mV过电位，并保持200小时稳定性，其界面电子重构效应通过DFT计算证实可优化d带中心与工作函数，为高效非贵金属催化剂设计提供新思路。

　　

随着全球能源需求激增，氢能作为清洁能源载体备受关注。然而，电解水制氢的核心反应——析氧反应(OER)受限于贵金属催化剂的高成本和过渡金属催化剂的低效率。特别是钴基催化剂虽具有多价态氧化还原特性，但其氧中间体吸附能垒高、电荷转移速率慢等问题严重制约性能突破。异质结构工程通过界面电子调控可优化催化性能，但原子级精确构建仍面临挑战。

浙江大学衢州研究院的研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，采用静电纺丝-碳化-水浴刻蚀联用技术，成功制备了Ni(OH)₂
-CoWO₄
/Co₃
W₃
C@CNF分级异质结构电催化剂。该工作通过调控界面电子结构，显著提升了OER活性和稳定性，并揭示了界面电荷重分布对催化机制的调控作用。关键技术包括静电纺丝制备前驱体、高温碳化形成金属碳化物、水浴刻蚀构建氢氧化镍异质界面，以及结合电化学测试与DFT理论计算解析机理。

结构表征与形貌分析
SEM/TEM显示催化剂具有碳纳米纤维支撑的超薄纳米片分级结构，XRD和XPS证实Ni(OH)₂
与CoWO₄
/Co₃
W₃
C的成功复合。界面处的价态变化通过Co^II
/Co^III
氧化还原对增强电子转移，HRTEM观察到清晰的晶格条纹证实异质界面形成。

电化学性能测试
优化后的0.5 Ni(OH)₂
-CoWO₄
/Co₃
W₃
C@CNF在1 M KOH中仅需250 mV过电位即可达到10 mA cm^?2
电流密度，塔菲尔斜率为52 mV dec^?1
，200小时稳定性测试后活性衰减不足5%。两电极全水解系统在1.68 V电压下实现10 mA cm^?2
电流密度，性能优于贵金属基准组合。

DFT理论计算
异质界面导致d带中心上移，工作函数降低0.3 eV，促进界面电荷转移。自由能计算显示速率决定步骤(RDS)能垒从1.52 eV降至1.28 eV，O*→OOH*转化能垒降幅达40%，证实界面工程有效优化了氧中间体吸附能。

该研究创新性地通过异质界面调控实现了电子结构优化与传质增强的协同效应。Ni(OH)₂
半导体与CoWO₄
/Co₃
W₃
C的费米能级对齐诱导界面电荷重分布，碳纳米纤维基底则解决了导电性瓶颈。研究不仅为设计高效非贵金属OER催化剂提供了新范式，更通过原子尺度界面调控策略深化了对电子转移-催化活性构效关系的理解，对推进电解水制氢技术产业化具有重要意义。