钼碳化物/氮化物异质结构催化剂：一种低成本高效碱性析氢反应电催化剂

为解决贵金属催化剂成本高、储量少的问题，研究人员通过"尿素-玻璃"法合成Mo2 C/Mo2 N异质结构电催化剂。该材料在1 M KOH和0.5 M H2 SO4 中表现出接近铂的HER活性（碱性条件下过电位仅96.42 mV@40 mA cm?2 ），其优异的pH普适性源于界面电子重构形成的局部亲核/亲电区域，为绿色制氢提供了新型非贵金属催化剂解决方案。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其能量密度高、燃烧产物清洁等优势被视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昂贵的铂基催化剂，这成为制约氢能大规模应用的关键瓶颈。过渡金属碳化物虽具有类铂电子结构，但存在氢吸附能过强、活性位点不足等问题。更棘手的是，多数催化剂难以同时适应碱性电解槽的工业需求与酸性介质的腐蚀环境。

针对这一系列挑战，中国研究人员开发了一种创新解决方案——通过精确调控尿素与五氯化钼的摩尔比，采用液相合成法制备出β-Mo₂
C/γ-Mo₂
N异质结构纳米催化剂。这项发表在《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》的研究表明，该材料在酸/碱介质中均展现出接近商业铂碳的析氢反应(HER)性能，特别是在碱性条件下过电位低至96.42 mV（40 mA cm^?2
），且经加速降解测试后活性几乎无衰减。

研究团队主要运用了以下关键技术：X射线衍射(XRD)进行晶相分析，高分辨透射电镜(HRTEM)观察异质界面结构，X射线光电子能谱(XPS)表征电子状态，以及线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)评估催化性能。通过系统调节合成参数（R=尿素/MoCl₅
摩尔比1-5），实现了材料组成与形貌的精准调控。

【材料形貌与结构表征】
XRD证实最佳样品R-3-Mo₂
C/Mo₂
N同时存在β-Mo₂
C（PDF#35-0787）和γ-Mo₂
N（PDF#25-1366）的特征峰。HRTEM显示尺寸约20 nm的纳米颗粒具有清晰的晶格条纹，其中0.228 nm间距对应Mo₂
C的(101)晶面，而0.237 nm间距归属Mo₂
N的(111)晶面，证实了异质结构的成功构建。

【电化学性能分析】
在0.5 M H₂
SO₄
中，R-3催化剂达到10 mA cm^?2
电流密度仅需44.53 mV过电位，塔菲尔斜率低至54.3 mV dec^?1
，表明其遵循Volmer-Heyrovsky反应机制。更值得注意的是，在1 M KOH中其性能超越多数报道的非贵金属催化剂，这归因于异质界面促进的水解离过程。EIS测试显示其电荷转移电阻(R_ct
)仅为1.8 Ω，证实了优异的电荷传输能力。

【稳定性机制探究】
XPS分析发现界面处Mo 3d轨道结合能发生0.7 eV的正移，表明电子从Mo₂
N向Mo₂
C转移。理论计算揭示这种电子重排形成了局部亲核（Mo₂
C）和亲电（Mo₂
N）区域，既优化了酸性条件下的氢吸附自由能（ΔG_H*
≈0），又加速了碱性环境中的水解离动力学。

该研究通过巧妙的界面工程设计，首次实现了钼基催化剂在宽pH范围内的卓越HER活性。其创新性体现在：（1）"尿素-玻璃"法避免了高温烧结导致的颗粒团聚；（2）异质结构产生协同效应，同时解决氢吸附过强和水解离缓慢两大难题；（3）简易可扩展的合成工艺具备产业化潜力。这项工作不仅为替代铂催化剂提供了新思路，更为设计多功能复合电催化剂建立了普适性策略，对推动可再生能源制氢技术发展具有重要意义。