氮磷共掺杂多孔碳锚定Ru-Mo2C纳米团簇用于碱性海水高效析氢

针对碱性介质中HER（氢析出反应）动力学缓慢及海水电解技术瓶颈，研究人员通过生物质衍生异质原子掺杂多孔碳材料负载钌-钼碳化物（Ru-Mo2C）纳米团簇，开发出RuMo-NPCSPC催化剂。该材料在碱性海水HER中表现出49 mV@10 mA cm?2的超低过电位和98-100%法拉第效率，性能超越商用Pt/C，为可持续氢能生产提供新策略。

　　

全球能源危机与环境问题日益严峻，氢能因其零碳排放和高燃烧热值成为理想替代能源。电解水制氢技术虽高效环保，但淡水资源消耗制约其规模化应用。占地球水资源96%的海水电解成为突破口，却面临离子杂质干扰、碱性介质中Volmer过程（水分解为H和OH的初始步骤）动力学迟缓等挑战。传统贵金属催化剂（如Pt/C）在碱性条件下活性受限，亟需开发高效稳定的非贵金属催化剂。

中国科学院广州能源研究所团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，利用棕榈树冠轴生物质制备氮磷共掺杂多孔碳（NPCSPC），锚定钌-钼碳化物（Ru-Mo₂C）纳米团簇，构建出高性能HER电催化剂。通过高温碳化与KOH活化获得高比表面积基底，尿素和磷酸分别作为氮、磷源实现异质原子掺杂，最终在800°C下热解固定金属纳米团簇。

物理表征
扫描电镜显示NPCSPC呈现三维多孔结构，X射线光电子能谱证实N、P成功掺杂并改变碳基质电子分布。透射电镜观察到2 nm级Ru-Mo₂C均匀分散，X射线衍射证明Mo₂C晶相形成。比表面积测试显示材料具有1,258 m² g^?1的高孔隙率，为活性位点暴露提供保障。

电化学性能
在1 M KOH中，RuMo-NPCSPC仅需49 mV过电位即可达到10 mA cm^?2电流密度，Tafel斜率低至38 mV dec^?1，表明其优异的本征活性。碱性海水和模拟海水中性能仅轻微下降（85/92 mV@10 mA cm^?2），且法拉第效率达98-100%。对比实验显示，单独Mo₂C或Ru负载样品性能显著降低，证实双金属协同效应。密度泛函理论计算揭示Ru掺杂优化Mo₂C的d带中心，加速水分解和氢吸附动力学。

稳定性测试
连续电解100小时后电流保持率>95%，X射线能谱显示反应后金属价态和含量不变，表明多孔碳有效防止纳米团簇腐蚀和聚集。盐雾实验证实材料抗Cl^?腐蚀能力优于商用Pt/C。

结论与意义
该研究通过生物质衍生策略构建了Ru-Mo₂C/NPCSPC异质结构，解决了碱性海水HER中贵金属依赖性和稳定性难题。异质原子掺杂调控电子结构，多孔基质促进传质与活性位点暴露，双金属协同增强水分解能力。这一成果为开发低成本、规模化海水制氢技术提供新思路，推动氢能经济可持续发展。