钴硒化物与镍铁层状双氢氧化物协同异质结：原位相变与电荷重分布调控的双功能水分解催化剂

本研究针对电解水制氢中HER和OER反应动力学缓慢的瓶颈问题，通过两步电沉积法构建CoSe2@NiFe-LDH/NF异质结构。该催化剂在50 mA cm?2下HER过电位仅227 mV，100 mA cm?2下OER过电位低至266 mV，且能在1.75 V电压下稳定运行100小时。通过原位拉曼揭示了Co-Se键断裂诱导的钴氧化/硒浸出机制，以及界面电荷重分布促进NiFeOOH活性位点形成的协同效应，为设计非贵金属双功能催化剂提供了新范式。

　　

在全球能源转型压力下，氢能因其零碳排放和高能量密度成为清洁能源焦点。电解水制氢技术虽前景广阔，却受限于阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)的高过电位与缓慢动力学。目前依赖的铂(Pt/C)、氧化铱(IrO₂)等贵金属催化剂成本高昂，而过渡金属基材料如镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDH)虽成本低却存在导电性差、活性位点暴露不足等问题。如何通过材料设计协同提升HER/OER双功能性能，成为突破水分解技术瓶颈的关键。

宁波大学等单位的研究人员创新性地将导电性优异的钴硒化物(CoSe₂)与OER活性优异的NiFe-LDH复合，通过两步电沉积法在三维镍泡沫(NF)上构建了CoSe₂@NiFe-LDH异质结构。该催化剂在碱性条件下展现出卓越的双功能活性：HER过电位较基准Pt/C降低43%，OER性能媲美商用RuO₂，全水解系统在1.75V电压下可稳定运行100小时。通过原位拉曼光谱和理论计算首次揭示，Co-Se键断裂引发的钴氧化态转变与界面电子重分布协同促进了NiFeOOH活性相的形成，相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。

关键技术包括：1) 恒电压电沉积构建CoSe₂纳米花阵列；2) 脉冲电沉积生长垂直交错NiFe-LDH纳米片；3) 原位拉曼追踪Co-Se键断裂动态过程；4) DFT计算界面电荷转移机制。

Results and discussion

1. 形貌表征显示CoSe₂纳米花与NiFe-LDH纳米片形成三维分级结构，比表面积达89.5 m² g^-1，暴露出丰富活性位点。
2. 原位拉曼证实OER过程中Co-Se键断裂导致Se浸出，同时Co²⁺氧化为Co³⁺/Co⁴⁺，界面电子转移驱动NiFeOOH生成。
3. XPS显示异质结界面存在0.32 eV的电子转移，使Ni的d带中心下移0.15 eV，优化了*OOH中间体吸附能。
4. 理论计算表明CoSe₂(200)晶面与NiFe-LDH(003)面间形成内置电场，降低HER决速步能垒至1.02 eV。

Conclusions
该研究通过精准界面工程实现了三大突破：1) 揭示硒化物-LDH异质结在OER过程中的动态重构规律；2) 阐明电荷重分布对中间体吸附能的调控机制；3) 开发出性能媲美贵金属的低成本双功能催化剂。Chenchen Yue等提出的"预氧化-界面活化"策略为设计新一代电解水催化剂提供了普适性思路，其采用的规模化电沉积技术更具产业化应用潜力。值得注意的是，该工作首次通过实验验证了硒化物相变与LDH电子结构的协同增强效应，这对理解多相催化中的界面效应具有重要理论价值。