华南理工大学，Small：析氢催化剂的亚稳相调控及其稳定性增强

第一作者：张超

通讯作者：张果戈*

单位：华南理工大学

电解水制取“绿氢”是实现“双碳”战略目标，解决能源、环境危机的有效途径。而开发高活性电极催化材料是降低制氢成本的关键。催化位点活性与原子排布方式所决定的电子结构有关，因此调控晶体结构是提升本征活性的重要策略。由热力学稳定相与亚稳相构成的异相界面可以调整过渡金属d带中心位置，优化氢的吸附能从而加速析氢。然而，亚稳相固有的“亚稳”特性使该界面无法维持长时间的工作。构建碳包覆结构虽可改善异相界面稳定性，但会减少活性位点的暴露，并且不利于电子结构的调控。本研究利用原位形成的弥散相的钉扎作用显著提升了亚稳相的稳定性，同时增加了活性位点，为电解水制氢的催化材料设计提供新的思路。

近日，来自华南理工大学的张果戈副教授在Small上发表题为“Phase Engineering and Dispersion Stabilization of Cobalt toward Enhanced Hydrogen Evolution”的文章。该文章分析了电沉积钴的晶相调控机理及多相界面的稳定化策略。

面心立方相（fcc）是钴的亚稳相，通常在高温下形成（＞450℃）。本研究利用等离子电沉积，通过掺杂钼及沉积过程中的瞬时高温（＞5000K），一步、快速（4分钟）生成了同时包含hcp稳定相、fcc亚稳相及非晶相的多相界面。所制备材料具有优异的析氢催化活性，负载于平面基体（铜片）上的10 mA/cm²过电势为44 mV。

在等离子体电沉积技术下，等离子体放电的热效应分解电解质，产生大量活性碳、氧原子，与沉积的金属原位结合，形成细小弥散的CoO、MoC等第二相颗粒，这些颗粒与钴的亚稳相结合牢固，对异相界面有强烈的钉扎作用，阻止新相的形核/生长，显著提升了金属钴的多相界面的稳定性。

异相结构具有优异的理论活性，保证界面的稳定性是实现高效析氢的关键，而目前提高异相界面稳定性的方法较少。另外，本研究提出的弥散稳定策略仅尝试了析氢端的情形，是否适用于析氧催化需要继续研究。

Phase Engineering and Dispersion Stabilization of Cobalt toward Enhanced Hydrogen Evolution