電催化水分解是一種經濟有效的制氫方法。析氫反應(HER)作為水分解半反應之一，是影響制氫工藝的一個重要因素，需要開發具有快速動力學的高效析氫催化劑以加速電化學水分解。過渡金屬基材料已成為貴金屬催化劑的有希望的替代品，它們容易在復雜的催化反應條件下進行電化學表面重構，最終表現出優異的催化性能。

然而，重構的催化劑通常存在多種組分和價態，這使動態變化過程復雜化，導致對實際催化活性物種的鑒定和對真正催化活性中心的理解極其困難。因此，探索催化劑的動態重構機理，揭示催化劑的實際活性物種，有利于高效非貴金屬基電催化劑的準確設計。

近日，南京航空航天大學彭生杰課題組研究了基于CoC₂O₄@MXene模型催化劑在HER反應中的重構過程。所制備的異質結構催化劑具有納米管結構，由于界面誘導效應，CoC₂O₄納米棒與MXene自組裝而成；這種良好的親水性納米管結構可以極大地提高電解質的滲透性，而高導電率的超薄MXene提供了一條有效的電子通路，有利于快速、完全的自重構過程。此外，松散的結構是驅動催化劑完全重構的主要因素。

原位表征和X光吸收光譜顯示了由CoC₂O₄轉化而來的Co(OH)₂作為實際活性物種；重構后的新組分可以調控電子的離域并降低反應能壘，從而導致快速電子轉移。更重要的是，這種快速重構引入了Co(OH)₂的高度無序結構，其中有大量暴露的Co活性位點，這可以促進水分子的吸附，優化H*中間體的結合能，從而提高HER動力學。

因此，即使在高電流密度下，Co(OH)₂和MXene之間的協同作用也保證了顯著的HER活性。具體而言，在1 M KOH中，重構后的CoC₂O₄@MXene在10 mA cm^-2和1000 mA cm^-2電流密度下的過電位分別為28 mV和216 mV。即使在堿性和中性海水中，重構后的CoC₂O₄@MXene表現出優異和穩定的HER性能。本研究揭示了CoC₂O₄在HER過程中快速完全重構的過程，這為理解催化劑性能增強的起源和未來催化劑設計提供了指導。

Rapid Complete Reconfiguration induced Actual Active Species for Industrial Hydrogen Evolution Reaction. Nature Communications , 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33590-5