鎳(Ni)是一種重要的非貴金屬催化劑，鎳基化合物作為OER和HER催化劑已經(jīng)得到了廣泛的研究。雖然MoNi基合金電催化劑在堿性電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性，但其OER活性仍然相對(duì)較差。目前，MoNi合金/Mo氧化物異質(zhì)結(jié)被認(rèn)為是有前途的OER電催化劑，因?yàn)樗鼈兙哂蓄愃瀑F金屬的催化性質(zhì)。此外，據(jù)報(bào)道，直接將活性組分生長(zhǎng)到高導(dǎo)電的3D分級(jí)多孔基底上是提高電催化性能的有效方法。同時(shí)，材料表面疏氣性和親水性也是影響催化劑活性的重要因素。

迄今為止，一些集成電極催化劑已經(jīng)通過直接生長(zhǎng)在導(dǎo)電基板上構(gòu)建。但這些整體催化劑的制備通常涉及復(fù)雜的過程、高成本和有毒化學(xué)品，嚴(yán)重阻礙了它們的大規(guī)模應(yīng)用。因此，有必要發(fā)展一種簡(jiǎn)單、低成本和環(huán)境友善的制備方法來制備來源于綠色、導(dǎo)電和三維互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自負(fù)載電極催化劑。

近日，華南理工大學(xué)黃建林課題組通過簡(jiǎn)單的水熱過程將MoNi₄合金嵌入碳化木材上生長(zhǎng)的MoO₂納米片上(MoNi₄/MoO₂@CW)，并將其作為高效的水分解電催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的MoNi₄/MoO₂@CW具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征: 嵌入負(fù)載在多級(jí)多孔CW上的非晶MoO₂納米片中的MoNi₄合金均勻分散，且MoNi₄/MoO₂異質(zhì)界面和缺陷豐富的MoO₂的產(chǎn)生顯著促進(jìn)了反應(yīng)物分子在MoNi₄/MoO₂@CW上的吸附。

理論計(jì)算表明，MoNi₄/MoO₂的異質(zhì)結(jié)構(gòu)降低了水解離的能壘，調(diào)節(jié)了電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了H/O-中間體的吸附/脫附，從而提高了催化活性。此外，來源于天然木材的3D少?gòu)澢嗉?jí)多孔結(jié)構(gòu)增加了豐富的活性位點(diǎn)的暴露，加強(qiáng)了電極過程中離子、電子和氣體物質(zhì)的快速傳輸。

因此，MoNi₄/MoO₂@CW催化劑在堿性電解液中表現(xiàn)出較高的HER和OER活性，在10 mA cm^-2電流密度下的過電位分別為22和205 mV。此外，利用MoNi₄/MoO₂@CW組裝的水電解槽(MoNi₄/MoO₂@CW||MoNi₄/MoO₂@CW)只需要1.47 V的槽電壓就可以達(dá)到10 mA cm^-2的電流密度，優(yōu)于Pt/C||RuO₂(1.64 V)。

同時(shí)，MoNi₄/MoO₂@CW||MoNi₄/MoO₂@CW還表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在10 mA cm^-2下連續(xù)運(yùn)行24 h后仍保持初始活性的87%。總的來說，這種基于木材衍生的整體電極的耦合組成和結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)有望用于構(gòu)建高穩(wěn)定性和高效率的電催化劑，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫。

Hierarchically porous carbonized wood decorated with MoNi₄-embedded MoO₂ nanosheets: An efficient electrocatalyst for water splitting. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202308337