钼掺杂调控Ni3 Se2 /NiSe电子结构实现高效同步产氢与甲酸盐

为解决传统水电解制氢中阳极析氧反应(OER)动力学缓慢、成本高的问题，研究人员通过一步水热法合成钼掺杂Ni3 Se2 /NiSe纳米材料（Mo0.2 ），实现了甘油氧化反应(GOR)与氢析出反应(HER)的高效耦合。该催化剂在1 M KOH中仅需1.20 V（vs. RHE）即可达到10 mA cm?2 的电流密度，并稳定运行于50 mA cm?2 ，同步生成高附加值甲酸盐与氢气，为低成本双功能催化剂设计提供了新思路。

　　

研究背景与意义
氢能作为未来能源体系的核心，其绿色制备技术备受关注。传统水电解制氢面临阳极析氧反应(OER)过电位高、副产物氧气利用价值低等瓶颈。近年来，利用生物质衍生分子（如甘油）替代OER成为研究热点——既能降低能耗，又能生产高附加值化学品（如甲酸盐）。然而，开发高效稳定的非贵金属双功能催化剂仍是重大挑战。镍基硒化物因其资源丰富、结构可调等优势成为候选材料，但如何通过电子结构优化提升其催化性能仍需探索。

研究设计与方法
中国科学院团队采用一步水热法，以泡沫镍为基底、硒粉为硒源、钼酸铵为钼源，合成系列钼掺杂Ni₃
Se₂
/NiSe纳米材料（Mo_x
）。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征材料结构，结合电化学测试评估HER/GOR性能，并组装双电极电解槽验证实际应用潜力。

研究结果

1. 材料表征：Mo_0.2
   呈现NiSe/Ni₃
   Se₂
   异质结构，钼掺杂引起Ni/Se的电子重排，形成富电子态镍活性中心。
2. 电化学性能：在1 M KOH中，Mo_0.2
   驱动10 mA cm^?2
   仅需1.20 V（vs. RHE），较未掺杂样品降低180 mV；50 mA cm^?2
   下稳定运行12小时。
3. 机理分析：钼掺杂促进*OH吸附并加速甘油C-C键断裂，甲酸盐选择性达92%；同步提升HER活性（过电位98 mV@10 mA cm^?2
   ）。
4. 实际应用：双电极电解槽在1.22 V电压下实现10 mA cm^?2
   电流密度，能量效率较传统水电解提升35%。

结论与展望
该研究通过钼掺杂策略精准调控镍硒化物电子结构，首次实现甘油氧化辅助制氢与甲酸盐生产的协同增效。Mo_0.2
催化剂在活性、稳定性与成本方面均超越贵金属基准，为生物质资源高值化利用提供了新范式。未来可进一步探索掺杂剂-载体相互作用机制，推动工业化应用。论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，通讯作者为吴艳霞（Yanxia Wu）研究员。