广州能源所在电解水析氢催化剂方向取得进展

开发高效水电解析氢催化剂是突破制氢成本瓶颈、加速氢能经济规模化落地的核心路径。异质界面工程可通过电荷重排优化中间体吸附能提升析氢（HER）性能，但三相体系中组分协同机制与“组分界面-性能”构效关系仍不明确，且异质结微观结构的电荷转移与物质传递协同优化策略亟待突破。

针对上述问题，广州能源所制氢与利用科研团队提出“结构-界面同步优化”策略，构建了三相异质结催化剂a-MoSₓ/Ni₃S₂/Ni₃N@NF-2。通过调控前驱体比例实现组分/形貌可控合成，建立三维导电网络和超亲水疏气表面，显著提升活性位点暴露率与气泡脱附速率（图1）。研究表明：Ni₃S₂可调控中间体吸附能，其比例调控可诱导强界面电子相互作用。XPS与DFT计算证实（图2），Mo位点电子密度提升使氢吸附自由能（ΔG_H*）降低至-0.06 eV，接近铂基催化剂理论值。

图1. 多级结构示意图及HER性能

图2. XPS结合能变化及DFT计算

优化后的催化剂在1 M KOH中表现出优异性能：10 mA cm^-2电流密度下过电位仅69 mV，塔菲尔斜率为63.7 mV dec^-1，性能指标居非贵金属催化剂前列。该研究为三相异质结催化剂界面工程与微观结构协同优化提供了新思路。

该研究得到广州市基础与应用基础研究项目、国家自然科学基金面上项目等的资助。

相关研究成果发表于能源化工领域期刊Chemical Engineering Journal（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161077），中国科学院广州能源研究所涂志明为第一作者，申丽莎助理研究员和闫常峰研究员为共同通讯作者。