硒空位调控MOF衍生钴镍硒化物异质结构加速水分子解离以提升碱性电解水效率

针对过渡金属硒化物在碱性析氢反应(HER)中动力学缓慢的瓶颈，研究人员通过硒空位调控和异质结构设计，开发出CoNiSex /碳多面体复合催化剂。该材料在10 mA cm?2 电流密度下仅需142 mV过电位，Tafel斜率低至67 mV dec-1 ，创过渡金属硒化物催化性能新纪录，为非贵金属电解水催化剂设计提供新范式。

　　

氢能作为清洁能源载体，其规模化制备依赖于高效电解水技术。当前制约该技术发展的核心瓶颈在于阴极析氢反应(HER)催化剂——虽然铂族金属表现优异，但其稀缺性和高昂成本难以满足商业化需求。过渡金属硒化物因其独特的d电子构型被视为潜在替代品，然而传统钴硒化物(如Co_0.85
Se)面临反应动力学迟滞、稳定性不足等挑战，特别是在碱性介质中水分子解离能垒过高的问题尤为突出。这促使科学家们探索通过界面工程和缺陷调控来突破材料本征活性的极限。

浙江自然科学基金等项目支持的研究团队创新性地将双金属协同效应与空位工程相结合，以钴镍双金属沸石咪唑酯骨架(CoNi ZIF)为前驱体，经硒化-还原退火两步法构建了具有硒空位的Co_0.85
Se/NiSe异质结构(CoNiSe_x
)。该工作发表于《Materials Science and Engineering: B》，揭示了异质界面与空位协同优化电子结构的分子机制。

研究采用三步关键技术：通过自组装法制备CoNi ZIF前驱体；在900°C氮气氛围下硒化获得CoNiSe中间体；400°C还原退火引入硒空位并形成最终CoNiSe_x
/碳多面体复合材料。结构表征显示所得催化剂具有约500 nm的均匀粒径，碳基质有效提升了电荷传输效率。

【Results and discussion】
电化学测试表明，CoNiSe_x
在1 M KOH中达到10 mA cm^?2
电流密度仅需142 mV过电位，显著优于单金属硒化物对照样。同步辐射等分析证实，异质界面诱导的电子从NiSe向Co_0.85
Se转移，结合硒空位创造的富电子环境，共同优化了钴活性位点对水分子的吸附解离能力。原位实验进一步显示，该设计使Volmer步骤(水分解为H*和OH^-
)的能垒降低约40%，这是实现高效碱性HER的关键。

【Conclusion】
该研究通过精确调控CoNiSe_x
的电子结构，实现了三重突破：异质界面促进电荷再分配、空位工程增强中间体吸附、碳封装保障结构稳定性。理论计算表明，镍组分主要参与水分子活化，而钴位点主导氢吸附自由能调节，这种分工协作使整体HER活性提升3倍以上。相较于传统单缺陷或单界面调控策略，这种"空位-异质结"双功能设计为开发新一代非贵金属催化剂提供了普适性思路，对推进绿氢规模化生产具有重要实践意义。