CoSe2嵌入N掺杂碳纳米多面体封装的中空纳米管NiSe2/MoSe2/NiMoO4异质结构：高效双功能催化剂助力全水解

为解决HER（氢析出反应）和OER（氧析出反应）动力学缓慢的问题，研究人员通过结构工程和杂原子掺杂策略，设计了一种中空纳米管异质结构催化剂NiSe2/MoSe2/NiMoO4@CoSe2-NC。该催化剂在碱性条件下表现出卓越的双功能活性（HER: 101 mV@10 mA cm?2，OER: 264 mV），且组装电解槽仅需1.55 V即可实现10 mA cm?2的电流密度，性能优于贵金属基准体系（RuO2||Pt/C），为低成本高效制氢提供了新方案。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其零碳排放特性成为最具潜力的清洁能源载体。然而，电解水制氢技术的规模化应用仍受限于两大瓶颈：一是贵金属催化剂（如Pt、RuO₂）的高成本，二是HER和OER反应动力学缓慢导致的能耗过高。过渡金属硒化物（TMSes）虽成本低廉且具有层状结构和良好导电性，但单一组分往往存在活性不足或稳定性差的问题。如何通过材料设计突破性能边界，成为当前研究的关键挑战。

福建省自然科学基金支持的研究团队创新性地提出了一种多组分异质结构策略。他们以NiMoO₄纳米棒为前驱体，通过ZIF-67（沸石咪唑酯框架-67）封装和硒化处理，成功构建了中空纳米管NiSe₂/MoSe₂/NiMoO₄@CoSe₂-NC复合催化剂。该材料独特的三维结构不仅提供了丰富的活性位点，还通过组分间的电子协同效应显著提升了催化效率。相关成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，为开发非贵金属电解水催化剂提供了新范式。

研究团队主要采用三种关键技术：1）水热法合成NiMoO₄纳米棒前驱体；2）ZIF-67原位封装构建核壳结构；3）高温硒化实现组分转化与碳基体掺杂。通过精准控制各步骤的反应条件，最终获得具有分级多孔结构的异质材料。

形成机制与结构表征
同步辐射X射线吸收谱（XAS）证实了NiSe₂/MoSe₂异质界面的电子重排现象，而透射电镜（TEM）显示中空纳米管外壁厚度约15 nm，内腔直径80-100 nm。拉曼光谱中1350 cm^?1（D带）和1580 cm^?1（G带）的强度比（I_D/I_G=1.08）表明N掺杂碳具有高度缺陷结构，有利于电荷传输。

电化学性能
在1.0 M KOH电解液中，催化剂表现出超低过电位（HER: 101 mV，OER: 264 mV@10 mA cm^?2），Tafel斜率分别为63.1和58.8 mV dec^?1，表明其优异的电荷转移动力学。值得注意的是，在100 mA cm^?2高电流密度下持续工作50小时后，性能衰减<5%，远超商业化RuO₂||Pt/C体系的稳定性。

机理研究
密度泛函理论（DFT）计算揭示，NiSe₂/MoSe₂界面处的电荷再分布优化了氢吸附自由能（ΔG_H*=-0.12 eV），而CoSe₂的存在促进了OH^-的吸附活化，协同降低了OER能垒。原位电化学阻抗谱（EIS）进一步证实异质界面加速了电荷转移速率。

该研究通过巧妙的材料设计，实现了三大突破：1）将中空结构与异质界面耦合，最大化活性位点暴露；2）利用N掺杂碳基质增强电子传导；3）通过多组分协同作用打破单一催化剂的性能极限。这不仅为开发高效稳定的双功能催化剂提供了新思路，更推动了非贵金属电解水技术向产业化迈进。特别值得注意的是，该催化剂在1.55 V低电压下即可驱动10 mA cm^?2的电流密度，较传统电解槽节能约18%，具有显著的经济效益。未来通过优化大规模制备工艺，这类材料有望成为可再生能源制氢系统的核心组件。