通過低溫電解水制取綠色氫氣是緩解全球能源危機和環境污染問題的一條有前途的途徑。堿性電解槽(AELs)具有制氫能耗低的優點，但它們也存在能量效率低、氣體滲透，以及由于厚的多孔隔膜和腐蝕性堿性溶液造成的緩慢暫態響應等缺點。采用離子交換膜和零間隙結構可以避免多孔膜和液體電解質帶來的問題。

例如，氫氧化物交換膜電解槽(HEMELs)作為一種新興技術，原則上采用無Pt族金屬催化劑和堆疊組件，并受益于零間隙結構，有望降低制氫的成本。HEMEL的高性能依賴于開發高活性的電催化劑。迄今為止，人們已經開發出多種不含Pt族金屬的OER催化劑。然而，目前仍然缺乏有效的非貴金屬基陰極催化劑來進行堿性析氫反應(HER)，這嚴重阻礙了HEMEL的發展。

近日，華中科技大學肖軍武、王帥、涂正凱和美國特拉華大學嚴玉山等報道了一種三元Ni-Cu-Mo材料作為高效的HEMEL陰極催化劑。實驗結果表明，最優的Ni_0.9Cu_0.1Mo催化劑在10 mA cm^?2電流密度下所需的HER過電位僅為30 mV，Tafel斜率為33 mV dec^?1；并且該催化劑在經過2000次CV循環和階梯型10-100 mA cm^?2電流密度下連續運行100小時后的活性下降可忽略不計，且反應后材料的結構和形貌仍保持良好，表明Ni-Cu-Mo催化劑具有優異的穩定性。

理論計算結果顯示，相比于Ni-Mo，Ni_0.9Cu_0.1Mo的d帶中心下降，從而導致HBE的減弱；從Ni-Mo到Ni_0.9Cu_0.1Mo，H_ads脫附的峰值溫度下降了28 °C，表明Cu引入Ni-Mo減弱了Ni-H鍵強度并加速了H脫附。

此外，為了驗證Ni_0.9Cu_0.1Mo的實際應用能力，研究人員使用Ni_0.9Cu_0.1Mo陰極和NiFeOOH(F)陽極組裝了HEMEL。在2.0 V時，當向陽極通入1.0 M KOH電解質時，電流密度達到3.8 A cm^-2，甚至在該電壓下以純水作為電解質也達到1.7 A cm^-2。

更重要的是，該HEMEL在純水體系中可穩定運行1000 小時，降解率僅為0.5 mV h^-1。通過對反應后的材料分析，證明催化劑緩慢的降解在很大程度上歸因于離聚體的遷移，因此需要加強離聚物與催化劑之間的相互作用，以進一步提高催化劑的穩定性能。綜上，該項工作證明了完全通過無Pt族金屬催化劑來實現氫氣生產的可行性，有助于推動高性能HEMELs的進一步發展。

Accelerating hydrogen desorption of nickel molybdenum cathode via copper modulation for pure-water-fed hydroxide exchange membrane electrolyzer. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202313275