​华南理工大学AFM：多孔炭化木材上构建MoNi4/MoO2纳米片，用于高效催化水分解产氢

镍(Ni)是一种重要的非贵金属催化剂，镍基化合物作为OER和HER催化剂已经得到了广泛的研究。虽然MoNi基合金电催化剂在碱性电解液中表现出优异的HER活性，但其OER活性仍然相对较差。目前，MoNi合金/Mo氧化物异质结被认为是有前途的OER电催化剂，因为它们具有类似贵金属的催化性质。此外，据报道，直接将活性组分生长到高导电的3D分级多孔基底上是提高电催化性能的有效方法。同时，材料表面疏气性和亲水性也是影响催化剂活性的重要因素。

迄今为止，一些集成电极催化剂已经通过直接生长在导电基板上构建。但这些整体催化剂的制备通常涉及复杂的过程、高成本和有毒化学品，严重阻碍了它们的大规模应用。因此，有必要发展一种简单、低成本和环境友善的制备方法来制备来源于绿色、导电和三维互连网络结构的自负载电极催化剂。

近日，华南理工大学黄建林课题组通过简单的水热过程将MoNi₄合金嵌入碳化木材上生长的MoO₂纳米片上(MoNi₄/MoO₂@CW)，并将其作为高效的水分解电催化剂。实验结果表明，所制备的MoNi₄/MoO₂@CW具有独特的结构特征: 嵌入负载在多级多孔CW上的非晶MoO₂纳米片中的MoNi₄合金均匀分散，且MoNi₄/MoO₂异质界面和缺陷丰富的MoO₂的产生显著促进了反应物分子在MoNi₄/MoO₂@CW上的吸附。

理论计算表明，MoNi₄/MoO₂的异质结构降低了水解离的能垒，调节了电子结构，优化了H/O-中间体的吸附/脱附，从而提高了催化活性。此外，来源于天然木材的3D少弯曲多级多孔结构增加了丰富的活性位点的暴露，加强了电极过程中离子、电子和气体物质的快速传输。

因此，MoNi₄/MoO₂@CW催化剂在碱性电解液中表现出较高的HER和OER活性，在10 mA cm^-2电流密度下的过电位分别为22和205 mV。此外，利用MoNi₄/MoO₂@CW组装的水电解槽(MoNi₄/MoO₂@CW||MoNi₄/MoO₂@CW)只需要1.47 V的槽电压就可以达到10 mA cm^-2的电流密度，优于Pt/C||RuO₂(1.64 V)。

同时，MoNi₄/MoO₂@CW||MoNi₄/MoO₂@CW还表现出优异的稳定性，其在10 mA cm^-2下连续运行24 h后仍保持初始活性的87%。总的来说，这种基于木材衍生的整体电极的耦合组成和结构工程设计有望用于构建高稳定性和高效率的电催化剂，以实现大规模制氢。

Hierarchically porous carbonized wood decorated with MoNi₄-embedded MoO₂ nanosheets: An efficient electrocatalyst for water splitting. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202308337