哈工大高波研究员ChemCatChem：碳纤维布负载多孔Mo2C-MoP异质结构在宽pH范围内的高效析氢反应

哈尔滨工业大学物理学院高波课题组通过在密闭空间中对多孔β-Mo₂C纳米结构进行磷化，成功制备出了多孔Mo₂C-MoP异质结构，产物在酸性和碱性电解液中均表现出良好的电催化析氢性能，为钼基异质结构的制备及在相关领域的应用提供了可靠的材料选择和研究基础。

异质结构催化剂是由两种或两种以上的材料以物理或化学的方式结合在一起组成的。这些异质结构在纳米晶体的界面上存在强烈的相互作用，会进行电荷的重新分配，从而显著改善催化剂的电催化性能，各组分间的协同作用也有助于增强异质结构的析氢反应动力学。异质结构还拥有更多的活性位点和更强的传质能力，使它的电催化析氢性能高于单一结构的催化剂。近年来，各种各样的新型催化剂脱颖而出，其中钼基化合物表现出优良的电催化析氢性能和电化学稳定性。其中Mo₂C和MoP具有较好的电催化析氢性能且材料本身导电性较高，若能将两者进行组合，制备的异质结构将会对电催化析氢性能有着很大的提高。但由于热力学条件的限制，以相应的钼氧化物为原料制备碳化物和磷化物需要在极高的温度下进行剧烈的反应，在此过程中高温和长期煅烧会导致产物表面结晶变粗，使得活性表面积降低。所以，钼基异质结构催化剂的结构和表面的可控制备面临很大的挑战。

哈尔滨工业大学物理学院高波课题组通过在密闭空间中对多孔β-Mo₂C纳米结构进行磷化，成功制备出了多孔Mo₂C-MoP异质结构。通过XRD、拉曼光谱、XPS、SEM和TEM等多种表征方法，研究了生长温度对多孔β-Mo₂C纳米结构的磷化过程，以及对其组成成分及表面形貌的影响。在550 ℃磷化得到的MoCP-550在酸性和碱性电解液中均显示出了优异的电催化析氢性能和电化学稳定性。在0.5 M的H₂SO₄中η₁₀仅为82 mV，Tafel斜率为49.8 mV dec⁻¹，在1.0 M的KOH中η₁₀仅为51 mV，Tafel斜率为57.6mV dec⁻¹。同时，利用DFT对β-Mo₂C、MoP和Mo₂C-MoP的氢吸附吉布斯自由能进行了模拟计算。结果表明相比于β-Mo₂C和MoP，Mo₂C-MoP的氢吸附吉布斯自由能更接近于零，表明异质结构有着更强的电催化析氢性能。该研究为Mo₂C-MoP异质结构和其他异质结构的制备及在相关领域的应用提供了新的参考和启发。