设计制备低成本、高活性的新型非贵金属催化剂来替代传统贵金属催化剂对未来氢能源的发展至关重要。近年来，过渡金属碳化物材料，例如Mo₂C，W₂C和WC等，由于具有类似于贵金属的d带电子结构，良好的耐腐蚀性和高稳定性等优点，被视为贵金属电催化剂的潜在替代品。然而，由于界面反应动力学缓慢和电导率较差等问题，目前所开发的过渡金属碳化物基电催化剂的催化活性仍有待提高。设计高活性的过渡金属碳化物基电催化剂，以替代最先进的贵金属材料，在宽的pH范围内进行析氢反应(HER)仍然是一个关键的挑战。

有鉴于此，浙江大学的侯阳研究员和浙江工业大学的戴启洲教授报道了一种新型的2D杂化电催化剂，通过对Mo掺杂的W/Zn双金属-沸石咪唑骨架进行碳化处理，制备出一种由粒径尺寸约为5 nm的Mo掺杂WC为内核（Mo-WC）与平均厚度约为50 nm的氮掺杂碳（NCS）为外壳组成的过渡金属碳化物复合电催化剂（Mo-WC@NCS）。

本文要点

1）受益于大表面积和优化的电子结构，获得的Mo-WC@NCS复合催化剂在10 mA cm^-2时显示出179 mV的低过电势，Tafel斜率也很小，为81 mV dec^-1，几乎在所有先前报道的基于WC的混合HER电催化剂中表现最佳。Mo-WC@NCS复合催化剂在酸性和中性介质中也具有强大的HER催化活性。

2）实验观察和理论计算表明，Mo-WC@NCS杂化后，W的d带中心明显地向后偏移，这有利于调节W中心的电子结构，从而促进H的解吸，从而促进了氢的生成。

3）采用Mo-WC@NCS阴极和Zn片阳极成功组装了Zn-H₂O燃料电池，该电池的功率密度可达到41.4 mW cm^-2，实现了同时析氢及产电，并保持了产H₂的长期稳定性。

总之，该工作对于设计制备非贵金属掺杂过渡金属碳化物复合电催化剂具有重要的借鉴意义。

参考文献：

Lin Wang et al. Tuning d-band center of tungsten carbide via Mo doping for efficient hydrogen evolution and Zn–H₂O cell over a wide pH range. Nano Energy, 2020.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104850

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104850