氣候變化引起的環境問題日益突出，迫切需要使用能夠取代傳統化石燃料的可再生和可持續能源。氫具有相對較高的能量密度，有望成為一種高效的能量載體。電解水可以用于無碳純氫燃料生產，因為它是一種環境友好的，涉及可再生過程的技術。電解水涉及兩個電化學反應：陰極析氫反應(HER)和陽極析氧反應(OER)。為了優化產氫速率，降低每個電化學反應所需的過電位是很重要的。

貴金屬基催化劑，特別是鉑，目前被認為是最高效的HER電催化劑。然而，這些貴金屬因為它們的稀缺性和高成本，使得它們很難在工業上使用。低成本、地球豐富的非鉑族金屬(NPGMs)基催化劑具有良好的電催化活性，是值得研究的潛在替代催化劑。

基于此，釜山大學Joonkyung Jang和延世大學Hansung Kim(共同通訊)等人制備了一種無貴金屬的HER電催化劑：NiMo-MoO_3-x多孔納米棒(NiMo-MoO_3-x-PNR)。

本文利用線性掃描伏安法，在1.0 M KOH中評估了合成的催化劑的HER活性并與商業Pt/C進行了比較。在500℃下制備的NiMo-MoO_3-x-PNR電催化劑的HER性能與商業Pt/C相當，而其前驅體的性能幾乎可以忽略不計。相對于NiMo-MoO_3-x/C?NPNR，由于NiMo-MoO_3-x-PNR具有更大的孔隙率，其HER活性顯著提高。

在不同還原溫度下制備的催化劑中，Ni-Mo-500(NiMo-MoO_3-x-PNR)的HER活性最高，不同條件下制備的催化劑的電催化HER活性排序如下：Ni-Mo-500(NiMo-MoO_3-x-PNR)>Ni-Mo-600>Ni-Mo-400>NiMo-MoO_3-x-/C-NPNR>Ni-Mo-700>Ni-Mo-800。在所有合成的催化劑中，Ni-Mo-500的過電位最低，在電流密度10 mA cm^-2時為24.5 mV，與商業Pt/C(20.1 mV)相當。此外，NiMo-MoO_3-x-PNR在10萬次循環和102小時的穩定性測試結果表明，它在堿性介質中具有優異的穩定性。

為了深入理解催化劑的HER活性機理，本文進行了理論計算。在NiMo表面，Mo中心的水吸附自由能(-0.88 eV)比Ni中心(-0.29 eV)和Ni-Mo鍵中心(-0.80 eV)更負，Mo中心的水吸附自由能越負，說明該中心對H₂O的吸附越好。Mo_3-x表面的Mo中心呈現出更負的水吸附自由能(-0.99 eV)，說明NiMo-MoO_3-x表面有較強的H₂O吸附，有利于O?H鍵離解。

由于Ni中心處的氫化學吸附能較低，因此Ni中心比Mo中心更有利于析氫。此外，H^*的吸附自由能(ΔG_H*)對電催化劑的HER性能起著重要作用。NiMo的ΔG_H*(0.53 eV)明顯高于NiMo-MoO_3-x(0.16 eV)，NiMo-MoO_3-x較低的ΔG_H*，有利于H*的吸附，從而促進HER的發生。

總的來說，理論研究證實，NiMo-MoO_3-x-PNR具有最佳的多孔納米棒結構、組成以及合金-氧化物復合結構的雙功能性能，使得其具有優于粉末型非鉑族金屬電催化劑以及與最先進的鉑族金屬型電催化劑相近的優越性能。因此，本研究提出了一種用于設計和合成高性能HER電催化劑的創新策略，這一策略可能有助于設計各種高性能電催化劑。