镉掺杂调控V2O5表面硫化构建核壳结构CdVOx@S提升碱性介质中水分解性能研究

针对电解水制氢过程中OER/HER反应过电位高、稳定性差等难题，研究人员通过水热-硫化法构建了核壳结构CdVOx@S异质阴离子催化剂。该材料在1.0 M KOH中表现出220/176 mV@10 mA cm?2的低过电位和67/51 mV dec?1的塔菲尔斜率，其2094 cm2的ECSA证实了缺陷工程对活性位点暴露的促进作用，为设计非贵金属双功能催化剂提供了新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为替代化石燃料的理想选择。电解水制氢技术中，析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的缓慢动力学导致高过电位和能源损耗，而贵金属催化剂（如Pt、IrO₂）的高成本制约其规模化应用。过渡金属氧化物(TMOs)虽具潜力，但存在导电性差、活性位点有限等问题。尤其对于镉基材料，尽管CdO的能垒较低，其电荷转移能力不足限制了工业级电流密度下的性能。

针对这一挑战，研究人员通过水热法和硫化处理构建了核壳结构CdVO_x@S催化剂。XRD和TEM证实其具有Rh-3c空间群和明确的核壳形貌，XPS显示硫壳层诱导的电子重构使V^3+/4+/5+与Cd形成协同效应。在1.0 M KOH测试中，该材料OER/HER过电位分别仅为220 mV和176 mV（10 mA cm^?2），塔菲尔斜率低至67/51 mV dec^?1，优于多数报道的非贵金属催化剂。ECSA分析揭示其活性表面积达2094 cm²，EIS证明界面缺陷显著降低电荷转移电阻。持续80小时稳定性测试后性能衰减<5%，表明核壳结构有效缓解了传统CdVO_x的聚集问题。

研究采用水热合成结合气相硫化技术，通过调控V₂O₅与CdCl₂·6H₂O摩尔比（1:1）及硫化温度（300°C）构建异质界面。SS（不锈钢）基底负载优化了电子传导，同步辐射表征确认了S^2-与金属空位的配位环境。

XRD
衍射峰宽化证实硫化处理引入晶格畸变，JCPDS 00-026-0278匹配显示Cd-O-V键长缩短0.12 ?，增强d带电子离域。

TEM/EDX
元素面扫描显示S壳层厚度约5 nm，界面处存在V⁴⁺-S-Cd²⁺电荷转移通道，EDS定量分析得Cd/V/S原子比为1:0.98:0.45。

XPS
V 2p_3/2结合能正移0.8 eV表明电子从V向S转移，S 2p谱中163.5 eV峰证实金属-S共价键形成，优化了H_ads脱附能垒。

电化学性能
LSV曲线显示CdVO_x@S的OER起始电位仅1.42 V vs. RHE，HER在-0.15 V即达10 mA cm^?2。ECSA归一化后其本征活性是CdVO_x的7.3倍，TOF计算表明界面位点周转频率达0.28 s^?1。

该研究通过异质阴离子策略成功构建了高效稳定的双功能电催化剂，其核壳结构设计为调控电子转移路径提供了新范式。硫空位与金属位点的协同作用不仅加速了OH^-吸附/脱附动力学，更通过3p-3d轨道杂化降低了决速步能垒。这项工作发表在《International Journal of Hydrogen Energy》，为开发新一代能源转换材料奠定了理论基础。