氧亲和性钴钨氧化物与铜钴合金的协同效应：实现pH普适性析氢反应中水解离与氢吸附的优化

（编辑推荐）本研究通过一步电沉积法构建了CuCo/CoWOx异质结构，在宽pH范围（1 M KOH/0.5 M H2SO4/1 M PBS）下实现工业级电流密度（1000 mA cm?2），其卓越稳定性（1000小时活性保持>99%）源于氧化物组分（H2O/OH吸附）与合金（*H吸附）的协同作用，DFT证实W6+的强路易斯酸性使水解离能垒降低40%，为开发非贵金属HER催化剂提供新范式。

　　

Highlight

本研究通过简易一步电沉积策略构建了具有600 cm²大面积的CuCo/CoWO_x异质结构，其在1 M KOH和0.5 M H₂SO₄中分别仅需193.8 mV和158.1 mV过电位即可驱动1000 mA cm^?2电流密度，中性条件（1 M PBS）下103.1 mV即可达到10 mA cm^?2。更令人瞩目的是，该催化剂在1000小时连续运行后仍保持99%以上初始活性。

Results and discussion

图1a展示了铜钴合金/钴钨氧化物异质结构（CuCo/CoWO_x）的合成过程。通过一步电沉积法在铜泡沫（CF）上制备的催化剂呈现多孔微观结构（图1c），X射线衍射（XRD）证实了CoWO_x中W⁶⁺的高价态。实验与密度泛函理论（DFT）分析表明：氧化物组分对H₂O和OH的选择性吸附能力与铜钴合金对H的吸附产生协同效应，使界面水解离能垒降低40%，HER活化能减少58%。合金中Co位点优化的氢吸附吉布斯自由能（ΔGH）进一步提升了酸性HER性能。

Conclusion

我们通过可规模化的一步电沉积策略制备了CuCo/CoWO_x异质结构。该催化剂在碱性（1 M KOH）和酸性（0.5 M H₂SO₄）电解质中分别以193.8 mV和158.1 mV过电位实现1000 mA cm^?2的工业级电流密度，中性条件（1 M PBS）下性能同样突出。与镍铁羟基氧化物（NiFeOOH）阳极组装的阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）仅需1.86 V即可达到1000 mA cm^?2，为开发高效过渡金属基宽pH HER催化剂提供了新思路。