第一作者：孫建鵬；
通訊作者：孟祥超； 通訊單位：中國海洋大學(xué)； 原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123015 全文速覽 在此，我們通過快速焦耳加熱方法，僅用130秒就成功在泡沫鎳上制備了晶格匹配良好的Co2Mo3O8/MoO2異質(zhì)界面。值得注意的是，快速焦耳加熱可以有效避免長時間加熱引起的催化劑氧化，并獲得豐富不配位Mo4+位點，這有助于提高HER的電催化性能。制備的Co2Mo3O8/MoO2具有與Pt基電催化劑相當(dāng)?shù)腍ER活性（在10 mA cm?2下為23 mV）。同時樣品在200小時的測試中也顯示出在堿性海水電解中優(yōu)異的穩(wěn)定性。值得注意的是，太陽能驅(qū)動的H2O-H2電解槽還顯示出12.4%的太陽能-氫氣（STH）效率。國產(chǎn)陰離子交換膜（AEM）海水電解槽的池電壓在50°C下200 mA·cm?2時僅為2.13 V，生產(chǎn)1 m3 H2僅需4.7 kW-h。DFT計算表明，電子自發(fā)分布在Co2Mo3O8/MoO2異質(zhì)界面的Co–O–Mo鍵上，可以調(diào)節(jié)Mo位點的電子結(jié)構(gòu)和d帶中心，從而實現(xiàn)H2O在Mo位點的高效吸附和O位點接近零的氫吸附自由能。這項研究提供了一種通過焦耳熱調(diào)節(jié)化學(xué)態(tài)的新策略，以高效分解海水釋放H2。 背景介紹 電催化海水分解作為一種有效的氫氣生產(chǎn)方法，被認為是解決淡水短缺危機和滿足未來全球能源需求的一種很有前途的替代方案。二氧化鉬（MoO2）作為HER電催化劑，以其良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性而日益受到人們的關(guān)注。然而，由于暴露不足和活性位點反應(yīng)動力學(xué)差，MoO2的電催化活性需要進一步提高才能得到廣泛應(yīng)用。通常，MoO2的電催化活性由水的吸附和氫從表面Mo位點或O位點的解吸決定。界面工程作為一種有效的方法，可以直接調(diào)節(jié)界面上的Mo-O鍵，然后調(diào)整結(jié)合能，從而加速H2的產(chǎn)生。 近年來，焦耳熱效應(yīng)被應(yīng)用于快速合成新材料，材料可以在超高溫（＞2000?K） 短時間內(nèi)（≈12?ms）快速合成，并避免在長時間加熱過程中活性位點的堆積。同時，快速冷卻也容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變和晶格應(yīng)變，從而提供豐富的不配位催化位點。因此，快速焦耳加熱有望彌補傳統(tǒng)加熱過程中催化劑界面上活性位點的氧化、聚集和失活問題，并可能實現(xiàn)豐富的不配位Mo位點。然而，尚未對焦耳加熱效應(yīng)進行相關(guān)研究來設(shè)計和合成MoO2基電催化劑。此外，泡沫鎳（NF）和泡沫銅（CF）的使用可以有效地避免粉末催化劑容易脫落的問題。三維（3D）形態(tài)、空穴結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電基底可以提高比表面積，加速電子轉(zhuǎn)移，增加活性位點，有利于H2的釋放。 研究目標(biāo) 在這里，我們通過快速焦耳加熱構(gòu)建了一種新型的在泡沫鎳上晶格匹配良好的富含非配位Mo4+位點的Co2Mo3O8/MoO2/NF電催化劑。在焦耳加熱過程中，Co2Mo3O8/MoO2/NF暴露出豐富的Co2Mo3O8和MoO2相容界面和晶格位錯，這可以導(dǎo)致異質(zhì)界面上的電子重排，增強界面上的Mo-O鍵，從而優(yōu)化活性位點的活性。結(jié)果表明，Co2Mo3O8/MoO2/NF在海水裂解和陰離子交換膜（AEM）海水電解槽中表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性和穩(wěn)定性。最后，通過實驗和理論研究，探討了制備樣品的機理。 總結(jié)與展望 總之，通過快速焦耳加熱和氫還原方法在泡沫鎳基底上制備了晶格匹配良好的Co2Mo3O8/MoO2異質(zhì)界面。高溫快速處理促進了晶格匹配的Co2Mo3O8/MoO2/NF的形成，增強了豐富的非配位Mo4+位點，調(diào)節(jié)了O原子的電子結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測量表明，Co2Mo3O8/MoO2/NF提供了較低的過電位。
