11月22日，國際著名期刊Nature Communications（《自然▪通訊》）在線發表88858cc永利官网汪的華、尹華意教授課題組與電氣與自動化學院郭宇铮教授課題組聯合在電解水制氫用可實用化的高性能析氫電極領域的最新研究成果。

論文題目為“A durable and pH-universal self-standing MoC-Mo₂C heterojunction electrode for efficient hydrogen evolution reaction” (《基于MoC-Mo₂C異質結的可用于酸堿體系的長壽命高性能析氫電極》)。汪的華課題組2018級博士研究生劉威為論文第一作者，郭宇铮課題組2019級博士生王熙婷承擔了DFT計算工作，汪的華、郭宇铮、尹華意為論文通訊作者。

發展和應用可再生能源是實現碳達峰、碳中和、從源頭減少環境污染的關鍵，利用太陽能、風能、水能等清潔能源電力電解水制氫（綠氫）是實現間歇性能源高效存儲和綠色利用（氫氧燃料電池等）的重要途徑。廉價易得并兼具高催化活性、高穩定性的析氫電極是實現大規模電解水制氫的關鍵和難點，中國科協在2020年8月發布的《面向未來的科技——2020重大科學問題和工程技術難題解讀》中将“如何在可再生能源規模化電解水制氫生産中實現大規模、低能耗、高穩定性三者的統一？”列為10個工程技術難題之一。

汪的華教授課題組以溫室氣體CO₂為碳源、在金屬钼基體上通過控制熔鹽電解條件在钼表面原位生長制備了具有蜂窩狀多孔微結構、超親水、高機械強度的MoC-Mo₂C異質結塗層析氫電極（圖1）。該電極在酸性和堿性電解質中均表現出優異的氫析出催化活性，在工業級電流密度（500mA/cm²）電解條件下過電位分别為256mV（酸）和292mV（堿），在工業電解溫度（~70 ^oC）析氫過電位進一步降低。該電極還具有超高的電化學和機械穩定性，在酸堿電解液中連續電解測試2400小時 (100 天)性能保持穩定（圖2）。這種可規模化制備的無需任何貴金屬的在工業電解條件下兼具優異催化活性和穩定性的析氫電極可為解決上述工程技術難題提供關鍵電極材料。

理論計算表明，MoC-Mo₂C異質結能夠優化質子吸附自由能（ΔG_H*），并有效降低水分解能壘，具有超高的本征催化活性和寬pH範圍的适應性；電極表面蜂窩狀微觀結構為析氫反應提供了豐富的催化析氫活性位點；超親水的表面性質有利于工業級電流密度下氫氣的快速逸出；原位生長的高結合力MoC-Mo₂C塗層保證了電極的超高穩定性。

該項工作得到了國家自然科學基金重點項目、水資源與水電工程科學國家重點實驗室和88858cc永利官网優秀博士研究生延期資助項目的支持。

圖1. a為自支撐MoC-Mo₂C異質結析氫電極的制備、應用和工作原理示意圖；b為MoC-Mo₂C析氫電極的表面形貌；c為電極的表面潤濕性和電解時電極表面細小氣體析出照片。

圖2. a-d為不同電極在酸、堿電解液中的析氫極化曲線（MoC-Mo₂C異質結電極在酸堿中表現出相近的Tafel斜率）；e-f為MoC-Mo₂C異質結析氫電極在酸、堿中工作穩定性測試曲線。

文章鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27118-6.pdf