钼掺杂Ni/NiO纳米颗粒催化剂：高效稳定电解水析氢反应的新突破

本文推荐一种通过水热法合成的钼掺杂Ni/NiO（Mo–Ni/NiO）催化剂，其在碱性条件下表现出卓越的析氢反应（HER）性能：过电位低至45 mV@10 mA cm?2，150小时稳定性测试中过电位仅衰减2 mV。密度泛函理论（DFT）揭示钼掺杂可优化电荷转移并降低d带中心，COMSOL模拟证实颗粒结构能增强离子浓度。该研究为设计低成本、高活性非贵金属催化剂提供了新思路。

　　

Highlight

钼掺杂Ni/NiO（Mo–Ni/NiO）催化剂通过简单水热法合成，展现出惊人的析氢反应（HER）活性：在1 M KOH中仅需45 mV过电位即可驱动10 mA cm^?2电流密度，性能远超未掺杂的Ni/NiO（158 mV）。更令人振奋的是，该催化剂在150小时持续运行后过电位仅上升2 mV，堪称"马拉松选手级"稳定性。

Results and discussion

理论计算与实验的完美碰撞：

• DFT计算显示钼原子像"电子搬运工"一样优化了Ni/NiO界面的电荷分布，将d带中心向低能级方向推移，使氢中间体（H*）更容易从催化剂表面解吸——这相当于给HER反应装上了"加速器"。

• COMSOL模拟则像一台高速摄像机，捕捉到颗粒结构产生的局部高离子浓度效应，这种"离子富集区"使H₂生成速率提升30%。

Conclusion

这项研究不仅证实钼掺杂是提升Ni/NiO催化剂性能的"黄金法则"，更通过理论计算-模拟-实验的三重验证，为设计"高活性、长寿命、低成本"三位一体的HER催化剂提供了全新范式。颗粒结构增强效应与电子结构调控的协同作用，或将开启非贵金属催化剂的新纪元。