高容量AC-NiMo LDH复合电极作为氧化还原介质实现高效解耦水电解

本文推荐一种基于活性炭(AC)负载镍钼层状双氢氧化物(NiMo LDH)的复合氧化还原介质(RM)，其比电容达676.3 F g?1（1 A g?1），成功将传统耦合电解的1.53 V电压解耦为分步进行的1.44 V（HER）和0.29 V（OER），60次循环后电压保持稳定，为无膜解耦水电解系统提供了高效节能的解决方案。

　　

Highlight

层状双氢氧化物(LDH)作为高效氧化还原介质(RM)，在解耦水电解制氢系统中展现出独特优势。然而其本征低导电性制约了广泛应用。本研究通过水热法在活性炭(AC)基底上合成AC-NiMo LDH复合RM，电化学测试显示AC-NM LDH10在1 A g^?1电流密度下具有676.3 F g^?1的优异比电容（是纯NiMo LDH的2.28倍）。该复合RM电极在2 mA cm^?2电流下可维持400秒的高缓冲能力，成功将传统耦合系统的1.53 V输入电压拆解为1.44 V（H₂析出）和0.29 V（O₂析出）两个低电压步骤，60次循环后电池电压几乎无衰减。

Material characterization

通过XRD和XPS对材料进行表征。图1a显示NM样品在11.5°、26.9°、34.5°和60°处出现LDH特征衍射峰（对应(003)、(006)、(012)和(110)晶面）。XPS分析证实了Ni²⁺/Ni³⁺和Mo⁶⁺的氧化态共存，AC的引入显著改善了电子传输效率。

Conclusion

AC-NiMo LDH复合电极成功构建无膜解耦水电解系统，通过优化比例使AC-NM10材料获得增强的导电性（电荷转移电阻降低）和超高比电容。其强氧化还原可逆性和界面电荷重分布特性，为安全高效制氢提供了可规模化应用的材料设计范式。