钒铬共掺杂NiS-MoP纳米复合材料的协同效应及其在全水解反应中的高效催化性能

为解决贵金属催化剂成本高、储量少的问题，研究人员通过水热法合成钒掺杂磷化钼(MoVP)和铬掺杂硫化镍(NiCrS)纳米复合材料，实现了137.6 mV（HER）和120.4 mV（OER）的低过电位，为开发高效双功能电解水催化剂提供了新策略。

　　

随着全球能源危机加剧，氢能因其282 kJ/mol的高热值和零碳排放特性成为理想能源载体。然而，电解水制氢技术面临核心瓶颈：目前最有效的铂基催化剂成本高昂，而廉价过渡金属催化剂的活性和稳定性不足。这一矛盾严重制约了绿氢的大规模应用。

针对这一挑战，中国国家重点研发计划（项目号2022YFB3605100）支持的研究团队创新性地设计了钒(V)和铬(Cr)共掺杂的MoP-NiS纳米复合材料。通过简单的 hydrothermal synthesis（水热合成法），成功构建了具有异质界面的MoVP-NiCrS催化剂，其独特的电子结构调控使材料在1 M KOH电解液中展现出媲美贵金属的催化性能。相关成果发表在《Journal of Electroanalytical Chemistry》上。

研究采用X-ray diffraction（XRD）确认晶体结构，扫描电镜(SEM)观察形貌，结合EDS和HR-TEM分析元素分布。通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)评估电荷转移性能，最终采用线性扫描伏安法(LSV)测定HER/OER过电位和Tafel斜率。

结构分析
XRD图谱显示MoVP在28.60°（001）等晶面出现特征峰，与标准卡片JCPDS 24-0771匹配，44.37°处的VP峰证实钒成功掺杂。NiCrS的衍射峰表明铬进入镍硫晶格形成固溶体。

形貌表征
SEM显示材料呈现多孔纳米结构，EDX证实V和Cr均匀分布。HR-TEM观察到清晰的晶格条纹（间距0.22 nm对应MoP的110晶面），异质界面处的晶格畸变表明电子耦合效应。

电化学性能
MoVP-NiCrS的HER过电位（137.6 mV@10 mA/cm²）比未掺杂材料降低42%，Tafel斜率33.17 mV/dec接近Pt催化剂。OER性能更突出，过电位仅120.4 mV，优于商用RuO₂。EIS显示电荷转移电阻(R_ct)降低68%，证实掺杂提升导电性。

该研究通过V 4+/5+和Cr 3+/6+的多价态协同，优化了H和OH中间体的吸附能，同时异质界面加速电子传输。相比单一掺杂材料，复合催化剂的稳定性提升3倍（1000次CV循环后活性保持92%），在工业级电流密度（500 mA/cm²）下仍保持低极化。

这项工作为设计非贵金属双功能催化剂提供了新思路：通过精确控制过渡金属d带中心位置，结合 morphological engineering（形貌工程）和 heteroatomic doping（杂原子掺杂）策略，可突破单组分催化剂的性能极限。其采用的 hydrothermal method（水热法）具有工艺简单、易放大的优势，对推动电解水制氢技术产业化具有重要意义。