理想的工业水分解电催化剂应满足以下要求：(i)有利的氢吸附(GH*)和水分解，以在低过电位下提供高电流；(ii)多维纳米结构，有利于暴露丰富的活性位点和高效的质子转移；(iii)超亲水和超厌氧能力，促进进化气泡的快速分离；(iv)自支撑电极，电催化剂与载体具有强粘附性，有效防止活性物种在高电流下脱落。过渡金属磷酸盐(TMPs)由于其可调节的电子结构、可调节的电导率和突出的活性，已成为大电流密度下水分解的有希望的候选材料。
特别是，磷酸钴(CoP)具有强烈的氢吸附能力、高导电性和易于功能化，已成为工业条件下水分解的理想候选材料。然而，由于其强烈的氢吸附能力和在碱性条件下不足的水解能力，CoP的活性受到限制。
近日，北京化工大学严乙铭、中国石油大学(北京)黄国勇和王春霞等制备了一种独立的三维纳米阵列组装纳米花(Mo-CoP/NC)，用于大电流密度下的整体水分解。得益于Mo掺杂诱导的热中等氢吸附能和有利的Co-O键的d-p杂化，合成的Mo-CoP/NC纳米花表现出优异的性能。论文第一作者为新能源与材料学院硕士生安玮。
在电流密度为1000 mA cm-2时，HER和OER的过电位分别为198和384 mV，并可在3000 mA cm-2下进行电催化水分解。此外，Mo-CoP/NC分别作为阳极和阴极组装的碱性海水电解槽仅需1.87 V的低电池电压就能达到1000 mA cm-2的电流密度，显示出巨大的应用潜力。
理论计算结果表明，对于HER，Mo掺杂优化了氢吸附强度，同时削弱了水分解的能垒；对于OER，Mo的引入有利于电子的逃逸，改变了材料的电子结构，降低了决速步(OOH*→O*)的反应能垒。接触角测量结果显示，催化剂表面接触角接近于零，表明催化剂具有超润湿能力，能最大限度地释放气泡，同时促进活性位点的再生。
此外，包裹的碳层在连续运行100小时后仍保持稳定，确保催化剂高的反应耐久性。总的来说，该项工作为大电流密度超润湿多维电催化剂的合理设计提供了启示，有助于推动未来海水分解领域的研究。
Regulating d-p hybridization in Mo-doped CoP nanoflowers with superwetting surfaces for water splitting at 3000 mA cm-2. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.4c07485