构建MoC/Mo2 C异质结重构亚稳态(200)晶面提升碱性析氢反应性能

为解决化石能源危机和环境污染问题，研究人员通过温度诱导相变策略构建了氮掺杂碳球负载的MoC/Mo2 C异质结催化剂（MoC/Mo2 C@NC），用于高效碱性析氢反应（HER）。该研究通过实验与理论计算证实，异质结界面稳定了MoC(200)晶面的亚稳态结构，显著降低反应能垒，最终实现η10 =101 mV的低过电位和120小时稳定性，为替代贵金属催化剂提供了新思路。

　　

全球能源危机与环境污染的双重压力下，氢能因其高能量密度（120 MJ?kg^?1
）和零碳排放特性成为研究热点。然而，当前工业制氢主要依赖甲烷水蒸气重整，不仅污染严重，且效率低下。电催化析氢反应（HER）虽前景广阔，但依赖昂贵的铂（Pt）催化剂，其稀缺性和成本制约了规模化应用。为此，开发高效非贵金属催化剂成为关键突破口。过渡金属碳化物（如MoC、Mo₂
C）因其类铂电子结构备受关注，但其催化活性和稳定性仍需优化。

安徽某高校研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，提出通过温度调控相变策略构建MoC/Mo₂
C异质结，并锚定于氮掺杂碳球（NC）载体，系统研究了其在碱性HER中的性能。研究结合扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了异质结界面稳定MoC(200)晶面的机制，以及NC载体对电子传输的促进作用。

材料合成与表征
团队通过溶液法合成前驱体，精确控制碳化温度获得MoC@NC、MoC/Mo₂
C@NC和Mo₂
C@NC三种催化剂。SEM显示MoC/Mo₂
C@NC呈现独特的球形花状结构（图1b），比表面积显著增加。XRD证实异质结成功构建，且MoC(200)晶面发生Peierls相变，从不稳定线性排列转为亚稳态Z型构型。

催化机制解析
DFT计算表明，异质结界面使MoC(200)晶面的Mo原子d轨道电子重新分布，降低了氢吸附自由能（ΔG_H*
）。NC载体不仅提升电子传导效率，还通过氮原子锚定金属颗粒，防止团聚。电化学测试显示，MoC/Mo₂
C@NC在1 M KOH中η₁₀
仅为101 mV，塔菲尔斜率低至58 mV?dec^?1
，且持续工作120小时无活性衰减。

结论与意义
该研究通过异质结工程成功将不稳定的MoC(200)晶面转化为亚稳态结构，大幅降低HER能垒。NC载体的协同作用进一步优化了电子传输和结构稳定性。这一成果不仅为设计高效非贵金属催化剂提供了新思路，还深化了对碳化物催化剂构效关系的理解，推动氢能产业化进程。