叶明新/沈剑锋/刘建军Nature子刊：调控β-NiMoO4的活性电子态实现大电流密度HER

2023年10月10日下午4:49 • 顶刊解读

由于非贵重过渡金属氧化物在费米能级附近的稀有活性电子态，它们被广泛认为对析氢反应(HER)具有催化惰性。如何大幅度提高这类材料的HER活性仍然是一个巨大的挑战。

因此，复旦大学叶明新、沈剑锋和中国科学院刘建军等设计了一种非溶剂策略来实现亚稳态β-NiMoO₄的磷酸盐取代和随后的晶相稳定，这可以有效地调控NiMoO₄的活性电子态并促进其固有的HER活性。

叶明新/沈剑锋/刘建军Nature子刊：调控β-NiMoO4的活性电子态实现大电流密度HER

通过结构表征和分析发现，由于相同的四面体空间构型而出现β-NiMoO₄中磷酸盐取代现象，有效提高了β-NiMoO₄体系的HER活性。因此，具有丰富活性电子态的磷酸盐取代的 β-NiMoO₄(P-β-NiMoO₄，P-NiMoHZ样品)表现出优异的性能。

在1 M KOH中，在电流密度为10 mA cm^-2时，β-NiMoO₄具有-23 mV的超低过电位和44 mV dec^-1的Tafel斜率，甚至优于基准Pt/C电催化剂。此外，β-NiMoO₄在大电流密度下表现出优异的稳定性和活性(1000 mA cm^-2下持续200小时，过电位仅为-210 mV)。

理论计算进一步揭示，P-β-NiMoO₄的Ni位点有利于水的解离，而连接P原子和Ni原子的O1位点具有最适合氢解吸的氢结合能(-0.046 eV)。

更重要的是，P-β-NiMoO₄中暴露原子的本征电荷分布的调节进一步优化了HER性能。这项工作通过稳定具有丰富活性电子态的亚稳态相，为活化HER的过渡金属氧化物提供了一条途径。

Manipulation on Active Electronic States of Metastable Phase β-NiMoO₄ for Large Current Density Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26256-1

叶明新/沈剑锋/刘建军Nature子刊：调控β-NiMoO4的活性电子态实现大电流密度HER

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