锰掺杂策略电沉积构建超高活性析氢电催化剂及其在碱性电解水中的应用

本研究针对碱性电解水制氢中贵金属催化剂成本高、资源稀缺的问题，通过一步电沉积法在泡沫镍（NF）上原位构建Mn掺杂的Ni-S-Mn/NF多晶复合催化剂。该材料通过MnS2/MnS/NiS多相界面协同作用，实现41 mV@10 mA cm?2的超低过电位和124.3 mF cm?2的高双电层电容（Cdl），为开发非贵金属基高效HER催化剂提供了新策略。

　　

随着化石燃料的枯竭和环境问题加剧，氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为最具潜力的清洁能源载体。其中，碱性电解水制氢（HER）因其环境友好、产物纯度高等优势备受关注。然而，该技术的核心瓶颈在于依赖铂（Pt）等贵金属催化剂，其高昂成本和资源稀缺性严重制约规模化应用。近年来，过渡金属硫化物（如NiS、MoS₂）因其类贵金属电子结构成为研究热点，但仍面临导电性差、活性位点不足等挑战。如何通过低成本策略设计兼具高活性和稳定性的HER催化剂，成为当前能源材料领域的重大科学问题。

针对这一挑战，中国某高校的研究团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表最新成果，提出了一种基于锰（Mn）掺杂策略的电沉积方法，成功构建出具有多晶界面的Ni-S-Mn/NF复合催化剂。该材料在碱性条件下表现出41 mV@10 mA cm^?2的创纪录低过电位，并保持12小时持续稳定产氢，性能超越多数已报道的非贵金属催化剂。这一突破为开发高效、低成本的工业化制氢技术提供了全新思路。

研究团队采用三项关键技术：1）一步电沉积法在泡沫镍基底上原位生长催化剂，避免使用粘结剂；2）通过MnSO₄·H₂O掺杂调控Ni-S体系的电子结构；3）结合X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）解析多晶组分（MnS₂/MnS/NiS）的协同效应。

材料制备与表征
通过优化电沉积参数（-90 mA, 600 s），在NF上构建出Mn掺杂的Ni-S-Mn/NF催化剂。XRD证实材料保留NF基底结构的同时形成多晶相，XPS显示Mn²⁺/Mn³⁺双价态共存，显著提升电荷转移效率。

电化学性能
在1 M KOH电解液中，Ni-S-Mn/NF的过电位（41 mV）较未掺杂样品降低58%，Tafel斜率（76.66 mV dec^?1）表明其遵循Volmer-Heyrovsky反应机制。124.3 mF cm^?2的双电层电容（C_dl）证实其活性表面积扩大约3倍。

结论与意义
该研究通过Mn掺杂策略成功构建了具有多晶界面的高效HER催化剂，其性能接近商用Pt/C催化剂。创新性体现在：1）揭示MnS₂/MnS/NiS多相协同优化质子吸附能的机制；2）开发无需粘结剂的3D自支撑电极制备工艺。这项工作不仅为设计非贵金属催化剂提供了新范式，更推动了碱性电解水制氢技术的实用化进程。