中国海洋大学孟祥超教授团队Small观点：调控中熵金属氧化物中Mo-O物种的d-p杂化轨道用于高活性电解水

第一作者：孙建鹏

通讯作者：孟祥超*

单位：中国海洋大学

电催化水/海水裂解结合可再生电力发电系统是绿色氢气生产领域中最具吸引力的方法之一。为了实现高效率和化学稳定性的电催化水/海水裂解，研究高效的电催化剂至关重要。MoO₂基催化剂由于其高导电性和活性，在近年来得到了广泛的研究。然而，一元和二元MoO₂基电催化剂由于金属元素选择性的限制，无法进一步调控Mo-O物种的d-p轨道。相比之下，由三至四种金属组成的中熵金属氧化物由于其组成可控性和多金属间的协同效应，有望实现Mo-O物种的d-p轨道深度调控，进而提高催化剂的活性和稳定性。

近日，来自中国海洋大学的孟祥超教授，在Small期刊上发表题为“Engineering d–p Orbital Hybridization in Mo-O Species of Medium-Entropy Metal Oxides as Highly Active and Stable Electrocatalysts toward Ampere-Level Water/Seawater Splitting”的文章。该文章利用碳热冲击法，实现了一系列中熵金属氧化物的制备。其中，优化的中熵金属氧化物(FeNiMo)O₂/NF 在碱性水/海水中表现出了显著的 HER和OER 性能。该研究可为开发高活性和高稳定的中熵金属氧化物电催化剂提供可行的策略。

我们利用碳热冲击法的方法，在133s的时间里成功合成了中熵金属氧化物(FeNiMo)O₂/NF电催化剂。该催化剂具有和MoO₂类似的晶体结构，同时表现出了纳米棒形貌和丰富的晶格紊乱。

优化后的中熵金属氧化物(FeNiMo)O₂/NF 具有优异的HER性能，仅需要110 mV /141 mV就可以在水/海水中实现 1000 mA·cm^-2。同时，中熵金属氧化物(FeNiMo)O₂/NF 在水和海水中实现1000 mA·cm^-2 的 OER过程只需要330 mV 和 380 mV。

理论计算表明，中熵金属氧化物中的多金属协同效应能有效增强 Mo-O 键的 d-p 轨道杂化，降低 Mo 位点吸附 H* 的能垒。同时，中熵金属氧化物中的 Fe 位点可以作为OER的活性中心。同时，原位表面形成的非晶态 NiOOH 结构可抑制 Cl^- 的吸附，从而提高其在海水中的选择性和稳定性。

孙建鹏，男，中国海洋大学化学化工学院在读博士生（2021级）。主要研究方向为新型电催化裂解海水制氢催化剂的设计与合成。以第一作者身份在Nano Energy, Appl. Catal. B Environ. 等期刊发表学术论文10多篇。

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/Meng_Xiangchao。