由可再生能源驱动的电化学水分解具有能量密度高且环保的特点，成为了生产高纯度氢气的潜在途径。目前，Pt/C和Ru-/Ir-基氧化物是电化学析氢和析氧反应性能最优的催化剂。然而，贵金属催化剂因其高昂的成本和较低的稳定性严重阻碍了其大规模应用。因此，开发全pH范围内具有优异活性和稳定性的电催化剂具有重要意义。

近日，新疆大学贾巍教授团队通过静电纺丝和高温碳化法，制备了Co和MoC纳米颗粒嵌入氮掺杂碳纳米纤维的自支撑催化剂（Co-MoC/NCNFs）。由于Co与MoC之间的协同作用及氮掺杂碳纳米纤维的高导电性，Co-MoC/NCNFs不仅在全pH范围内表现出优异的电化学析氢性能，而且具有较好的碱性水分解性能。相关研究内容以“Electrospun Co-MoC Nanoparticles Embedded in Carbon Nanofibers for Highly Efficient pH-universal Hydrogen Evolution Reaction and Alkaline Overall Water Splitting”为题目发表在期刊《Small Methods》上。

图1：Co-MoC/NCNFs的合成示意图。

图2：Co-MoC/NCNFs的形貌与结构表征。

如图2所示，Co-MoC/NCNFs呈竹节状，纤维直径约为200 nm，且纤维表面存在丰富的孔结构。高分辨透射电镜显示MoC纳米颗粒仅为5 nm左右，这是由于MoC中的C来自于碳纤维，有效抑制了MoC团聚，提高了其分散性。

图3：Co-MoC/NCNFs的键价和配位结构信息。

XPS结果证明了Co-MoC/NCNFs中价电子由Co向MoC转移，XAFS进一步证实了这一点。根据d带中心理论，增加Mo周围的电子密度有利于优化对氢的吸附，从而有利于析氢活性的提高。同时，Co周围电子密度的降低有助于生成具有高析氧活性的高价Co物种。

图4：Co-MoC/NCNFs在全pH范围内的电催化析氢性能。

图5：Co-MoC/NCNFs在碱性介质中的析氧和水分解性能。

Co-MoC/NCNFs在1 M KOH、0.5 M H2SO4和1 M PBS电解液中，在10 mA cm−2的电流密度下，过电位分别仅为86 mV、110 mV和148 mV，且表现出较好的耐久性。此外，在电流密度为10 mA cm−2时，其碱性析氧反应的过电位仅为254 mV。同时，以Co-MoC/NCNFs分别作为阴极和阳极组装的电解池在碱性条件下具有优异的水分解性能（1.59 V@10 mA cm−2）。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/smtd.202401103