6000 h！西湖大学孙立成院士，最新Nature子刊！

用于析氢反应（HER）的催化电极的机械稳定性，对于其在阴离子交换膜水电解（AEM-WE）中的工业应用至关重要。

2025年5月28日，西湖大学孙立成在国际顶级期刊Nature communications发表题为《Interlayer-bonded Ni/MoO₂ electrocatalyst for efficient hydrogen evolution reaction with stability over 6000h at 1000mAcm⁻²》的研究论文，董桉瑞为论文第一作者，孙立成为论文通讯作者。

在本文中，作者开发了一种腐蚀策略，通过将Ni/MoO₂ 催化层与一层密集的MoO₂ 纳米颗粒间层进行锚定，来构建具有高机械稳定性的自支撑电催化剂（Int-Ni/MoO₂）。

Int-Ni/MoO₂ 表现出在间层与催化层之间具有强化的同质结构界面，从而在超声处理过程中防止催化剂的脱落。

叶片状的催化层在高电流密度（高达-6000 mA cm^–2）下减少了气泡冲击和电位波动。

因此，Int-Ni/MoO₂ 电极在1 M KOH 溶液中于 -1000 mA cm^-2 下表现出73.2 ± 14.2 mV 的低过电位和 6000 h的长期稳定性。Int-Ni/MoO₂组装的AEM-WE 装置在 1000 mA cm^-2下展示出1000 h的长期稳定性，且降解速率极低，仅为 3.96 µV h⁻¹。

图1：Int-Ni/MoO₂电极的结构与稳定性

图1a：展示了Int-Ni/MoO₂电极的结构示意图，包括镍泡沫（NF）、中间层（MoO₂）和催化层（Ni/MoO₂）。中间层通过同构界面增强了催化层与基底之间的结合力，防止催化剂在超声处理中脱落。图1b：对比了Int-Ni/MoO₂和传统NiMo/MoO₂电极在超声处理后的溶液颜色变化。Int-Ni/MoO₂溶液颜色几乎不变，表明其高机械稳定性，而NiMo/MoO₂溶液变黑，说明催化剂脱落。图1c-d：扫描电子显微镜（SEM）图像显示Int-Ni/MoO₂在超声处理前后结构保持完整，而NiMo/MoO₂的催化层在超声后完全脱落。图1e-f：NiMo/MoO₂电极在超声处理前后的SEM图像，显示其催化层直接附着在NF上，无中间层保护，导致催化剂脱落。图1g-h：Int-Ni/MoO₂和NiMo/MoO₂电极的截面SEM图像，分别展示了中间层的存在与否对电极结构的影响。

图2：中间层的形成与特性

图2a：X射线光电子能谱（XPS）分析显示NF在(NH₄)₆Mo₇O₂₄和PVP溶液中浸泡后，表面化学成分的变化，表明PVP和NH₄₊与金属或金属离子配位并沉积在NF上。图2b：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析确认了PVP在浸泡过程中的配位作用。图2c：SEM-EDX图像显示浸泡后NF表面含有C和Mo元素。图2d-e：X射线衍射（XRD）分析确认了浸泡过程中形成的沉淀物为聚氧钼酸盐（POM），以及H₂/Ar处理后POM转化为MoO₂。图2f：示意图展示了POM中间层转化为同构中间层的过程。图2g：掠入射X射线衍射（GIXRD）分析揭示了Int-Ni/MoO₂中间层和催化层的不同晶体结构和取向。

图3：HER活性与稳定性测试

图3a：线性扫描伏安（LSV）曲线显示Int-Ni/MoO₂在1 M KOH中的HER活性，其过电位显著低于NiMo/MoO₂和Pt/C。图3b：多电流测试评估了Int-Ni/MoO_2、NiMo/MoO_2、Pt/C和商业Pt/Ni在高电流密度下的稳定性。Int-Ni/MoO₂表现出优异的稳定性，而其他电极则出现明显的性能下降。图3c：Int-Ni/MoO₂在25°C下长期稳定性测试，表明其在−1000 mA cm^-2下运行超过6000小时，无明显降解。图3d：1 cm²电解槽在不同温度下的LSV曲线，展示了Int-Ni/MoO₂在AEM-WE中的性能。图3e：1 cm²电解槽在60°C下长期稳定性测试，表明其在1000 mA cm^-2下运行1000小时，降解率仅为3.96 µV h^-1。

图4：稳定性机制分析

图4a：通过ICP-MS分析了Int-Ni/MoO₂和NiMo/MoO₂在短期稳定性测试中金属溶解量，Int-Ni/MoO₂表现出更好的化学稳定性。图4b：XPS深度剖析显示Int-Ni/MoO₂在HER前后Ni/Mo原子比保持稳定，而NiMo/MoO₂则因Mo溶解而发生变化。图4c：稳定性数（S-number）分析表明Int-Ni/MoO₂的稳定性远高于NiMo/MoO₂。图4d：纳米压痕测试显示Int-Ni/MoO₂的最大压痕深度和最终深度均低于NiMo/MoO₂，表明其硬度和抗压强度更高。图4e-f：气体接触角和气泡附着照片显示Int-Ni/MoO₂具有更大的气泡接触角和更小的气泡附着力，有助于气泡的快速脱离，减少过电位波动。

综上，Int-Ni/MoO₂电极在1 M KOH溶液中展现出73.2±14.2 mV的低过电位，并在-1000 mA cm^-1下稳定运行超过6000 h，组装的AEM-WE装置在1000 mA cm^-2下运行1000 h，降解率仅为3.96 µV h^-1。其独特的片状催化层和同构中间层结构，有效提高了机械稳定性，促进了气泡的顺利生成与脱离。

本研究不仅解决了现有HER电极在高电流密度下稳定性不足的问题，还为设计高性能、长寿命的电催化剂提供了新的思路和方法，推动了可持续氢能经济的发展。

Dong, A., Lin, G., Li, Z. et al. Interlayer-bonded Ni/MoO2 electrocatalyst for efficient hydrogen evolution reaction with stability over 6000 h at 1000 mA cm−2. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59933-6.