钒酸钕纳米颗粒与二硫化钨纳米片复合提升碱性析氢反应性能

本研究针对贵金属基电催化剂成本高、资源有限的问题，通过溶剂热法合成NdVO4 -NPs@WS2 -NSs纳米复合材料，用于碱性HER（氢析出反应）。该催化剂表现出115 mV的低过电位（10 mA cm?2 ）、63 mV dec?1 的塔菲尔斜率及108小时稳定性，性能优于已报道材料，为开发非贵金属电催化剂提供了新思路。

　　

在全球能源危机与环境污染的双重压力下，氢能因其零碳排放特性成为化石燃料的理想替代品。然而，当前电解水制氢技术严重依赖铂等贵金属催化剂，其高昂成本和稀缺性制约了规模化应用。碱性条件下的氢析出反应（HER）虽具工业化潜力，但非贵金属催化剂普遍存在活性低、稳定性差等问题。如何设计兼具高效性与经济性的催化剂，成为清洁能源领域的重大挑战。

为突破这一瓶颈，台湾省的研究团队创新性地将稀土金属钒酸盐与二维过渡金属二硫化物结合，通过溶剂热法成功制备了NdVO₄
纳米颗粒(NPs)封装于WS₂
纳米片(NSs)的复合材料(NdVO₄
-NPs@WS₂
-NSs)。该研究发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，首次揭示了稀土钒酸盐在HER中的应用潜力。

研究采用透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FESEM)确认材料形貌，NdVO₄
NPs呈50-100 nm均匀分布，WS₂
NSs展现典型的二维层状结构。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)验证了材料的晶体结构和元素化学态。电化学测试通过线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)评估性能，并计算电化学活性表面积(ECSA)和法拉第效率。

物理表征显示，复合材料中NdVO₄
NPs的高分散性提供了丰富活性位点，WS₂
NSs的导电网络促进了电荷传输。电化学性能方面，该催化剂在1.0 M KOH中仅需115 mV过电位即可达到10 mA cm^?2
的电流密度，塔菲尔斜率低至63 mV dec^?1
，显著优于单独组分及商用Pt/C催化剂。机理分析表明，Nd³⁺
与VO₄
^3?
的电荷再分布增强了导电性，WS₂
的金属性1T相加速质子传递，二者协同作用降低了水分解能垒。

结论与意义
该研究开创性地将稀土钒酸盐应用于HER领域，NdVO₄
-NPs@WS₂
-NSs复合材料通过三大优势实现性能突破：(1) NdVO₄
的4f电子调控优化氢吸附能；(2) WS₂
的二维结构提供155 cm²
的高ECSA；(3) 异质界面处的协同效应使电荷转移电阻降至6.6 Ω。长达108小时的稳定性测试及94%的法拉第效率，证实其具备工业化应用潜力。这项工作不仅为设计非贵金属催化剂提供了新范式，更推动了稀土资源在新能源技术中的高值化利用，对实现碳中和目标具有重要战略意义。