镍钼酸盐活性位点调控策略实现高效电催化水分解

为解决非贵金属电催化剂在析氧反应(OER)中活性位点不足的问题，研究人员通过磷(P)自扩散策略构建了P掺杂镍钼酸盐(P0.79-NMO/NF)催化剂。该材料在10 mA cm?2电流密度下仅需280 mV过电位，优于商用IrO2催化剂(343 mV)，其组装的电解槽仅需1.83 V电压即可实现高效全水解。该研究为设计低成本、高性能电解水催化剂提供了新思路。

　　

随着化石燃料燃烧导致的环境问题日益严峻，氢能作为清洁能源备受关注。电解水制氢技术中，析氧反应(OER)因动力学缓慢成为制约效率的关键瓶颈。虽然贵金属IrO₂和RuO₂是高效OER催化剂，但其高昂成本阻碍了规模化应用。过渡金属氧化物(TMOs)虽成本低廉，但活性位点有限且导电性差，难以满足工业需求。

针对这一挑战，中国研究人员提出创新解决方案。通过化学沉积结合水热法，在泡沫镍(NF)上构建了磷掺杂镍钼酸盐(P_x-NMO/NF)催化剂。该技术利用P原子自扩散特性，在NiMoO₄晶格中实现精准掺杂，同步调控电子结构和表面重构。密度泛函理论(DFT)计算表明，P掺杂优化了金属阳离子电子结构，削弱了反应中间体吸附能。实验证实该催化剂在1.0 M KOH中仅需280 mV过电位即可驱动10 mA cm^?2电流，Tafel斜率低至25.2 mV dec^?1，且能稳定运行60小时。

关键方法

1. 化学沉积法构建Ni-Mo-P/NF前驱体
2. 水热法诱导P自扩散形成P_x-NMO/NF
3. 电化学测试评估OER性能
4. DFT计算揭示电子结构调控机制

主要结果

1. 材料表征：X射线光电子能谱(XPS)显示P掺杂导致Ni 2p轨道结合能正移，Mo⁶⁺/Mo⁵⁺比例提升，证实电子结构重构。
2. 性能优势：P_0.79-NMO/NF的OER活性超越90%已报道非贵金属催化剂，全水解系统电压比IrO₂||Pt/Ti低110 mV。
3. 机理阐释：原位拉曼光谱发现P掺杂促进NiOOH活性相生成，同步引入的氧空位(O_v)加速质子转移。

这项研究通过"电子结构调控-表面重构"协同策略，实现了非贵金属催化剂活性位点的精准设计。其创新性体现在：① 开发P自扩散新方法实现原子级掺杂；② 阐明P掺杂促进NiOOH原位生成的动态机制；③ 为工业化电解水装置提供了高性能催化剂解决方案。相关工作发表在《Journal of Colloid and Interface Science》，为新能源材料设计提供了重要参考。