木质素衍生碳负载MoNi4-NiO异质结构微纳米阵列实现安培级电流密度下的pH普适性析氢反应

本研究通过水热-煅烧法构建了木质素衍生碳负载的MoNi4-NiO异质结构微纳米阵列（MoNi4-NiO@LC），在安培级电流密度下展现出卓越的pH普适性析氢反应（HER）性能。该催化剂在碱性（1.0 M KOH）、中性（1.0 M PBS）和酸性（0.5 M H2SO4）条件下分别仅需21-466 mV过电位即可驱动-1000 mA cm?2的电流密度，并稳定运行100小时，其性能归因于异质结电子结构调控、木质素碳层的抗腐蚀保护及微纳米阵列的气液传输加速作用。

　　

Highlight

本研究成功通过木质素碳化负载策略构建了具有微纳米阵列的MoNi₄-NiO异质结构催化剂（MoNi₄-NiO@LC），其创新性体现在：

1. 1.

   在碱性（1.0 M KOH）、中性（1.0 M PBS）和酸性（0.5 M H₂SO₄）条件下，分别仅需38/28/21 mV的过电位即可驱动-10 mA cm^?2的电流密度；

2. 2.

   在安培级电流密度（-1000 mA cm^?2）下仍保持超低过电位（356/466/317 mV）；

3. 3.

   连续运行100小时后性能无衰减，突破传统粉末催化剂在高电流下的稳定性瓶颈。

Characterizations of MoNi₄-NiO@LC

制备过程如图1a所示：通过水热法在泡沫镍上生长NiMoO₄·xH₂O前驱体（SEM显示纳米花形貌，XRD证实晶体结构），随后在H₂/Ar氛围中500℃煅烧获得最终产物。XRD分析（图1b）显示产物包含MoNi₄（PDF#65-5482）和NiO（PDF#65-5745）两相。SEM和TEM图像（图1c-d）揭示其独特的"纳米花-纳米片"分级结构，高分辨TEM（图1e）直接观察到MoNi₄与NiO的晶格条纹（间距0.21 nm和0.24 nm分别对应MoNi₄的（111）晶面和NiO的（111）晶面），证实异质结成功构建。

Conclusion

总结而言，MoNi₄-NiO@LC通过三重协同效应实现突破性性能：

1. 1.

   MoNi₄-NiO异质结优化电子结构，降低水解离能垒；

2. 2.

   木质素衍生碳层保护活性位点免受电解质腐蚀；

3. 3.

   微纳米阵列结构加速气泡脱离与电解液扩散。该工作为开发低成本、高性能的工业级HER催化剂提供了新范式。