普遍认为，水分解析氢反应（HER）是制氢最可行的方法之一。其中，催化剂的催化活性和稳定性是HER最关键的指标。在工业实践中，HER 催化剂必须具有高电流密度（≥ 500mA /cm2 的电极活性）和长时间工作稳定性（≥300 小时）。Pt通常用于HER，但因高昂的成本而受到限制。开发具有高电流密度和稳定性的无金属HER催化剂成为挑战。

近日，清华大学的刘锴等人开发了一种多相纳米碳化物用于HER反应，其在1500 mA/cm 的高电流密度下具有 255 mV 的低过电位，长时间工作稳定性高达14天。

本文要点：

1）该工作开发了一种使用碳纳米管（CNT）薄膜作为热源和基质的低能耗方法，该方法可在数百毫秒内迅速改变温度，以原位合成坚固的Mo2C/MoC/CNT复合薄膜，巨大的Mo2C/MoC接口为HER提供了丰富的活性位点，在 1500 mA /cm 2的高电流密度下具有 255 mV 的低过电位。在14天的长时间稳定测试中，该薄膜在 500 和 1000 mA /cm2 下工作时，其过电位仅发生32和47 mV 的变化。

2）该工作还通过泛函密度理论（DFT）计算，证明了在Mo2C/MoC界面，以及在MoxC与CNT的界面处均有适宜氢气吸附的位点（自由能为0.02 eV），确保了Mo2C/MoC/CNT复合薄膜的高活性和稳定性。

Chenyu Li，et al，Ultrafast self-heating synthesis of robust heterogeneous nanocarbides for high current density hydrogen evolution reaction，Nature Communications，2022

DOI：10.1038/s41467-022-31077-x

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31077-x