电化学水裂解制氢技术是有效利用和储存间歇性可再生能源的极具前景的策略，其关键在于开发高效的电催化析氢反应（HER）催化剂。当前，虽然Pt及合金在碱性条件下表现出极高的HER催化活性，但因其稀缺性和高成本，限制了其在电解槽中的大规模实际应用。为此，研究人员致力于寻找由非贵过渡金属组成的低成本、高效且稳定的催化剂。开发出具有丰富活性位点和优异电催化活性的整体式纳米多孔金属间化合物仍是一个挑战。
该研究由日本东北大学与约翰-霍普金斯大合开展
发表在Nature Communications杂志上，DOI号为：10.1038/s418-1
研究亮点解析
材料设计、制备及结构表征
液态金属脱合金（LMD）技术是一种利用熔融金属浴中合金组分的混溶性差异来制备3D多孔结构的方法。研究者们依据设计原理，选择合适的前驱体合金，利用LMD技术成功制备出纳米多孔金属间化合物。通过精确控制合金组分和LMD条件，得到了具有特定组成和结构的纳米多孔材料。
图1. 纳米多孔金属间化合物的设计与制备过程示意图。
研究者们通过扫描电子显微镜（SEM）观察到了脱合金过程中形成的纳米多孔结构，这些结构由不同的金属间化合物组成，具有相互连接的特性和均匀的孔径。
液态金属脱合金的金属间效应
研究者们利用分子动力学模拟研究了纳米多孔金属间化合物的特征长度和界面扩散率，为理解LMD过程中的物理机制提供了重要线索。
超细纳米多孔金属间化合物的演化机制
研究表明，LMD过程能够克服动力学能垒，促使化学有序的金属间相的形成，同时形成双连续纳米孔隙，从而有助于直接形成纳米多孔金属间化合物。这一机制为制备超细纳米多孔材料提供了新的思路。
电化学析氢性能测试
通过电化学测试，研究者们评估了不同催化剂的HER性能。实验结果显示，所制备的纳米多孔金属间化合物在HER反应中表现出优异的催化活性和较低的过电位，其性能可与Pt/C等贵金属催化剂相媲美。
图6. 自支撑np-Co7Mo6电催化剂的HER催化性能及耐久性实际应用图示。
在实际应用中，纳米多孔μ-Co7Mo6电催化剂在高电流密度下表现出优于Pt/C的过电位，这为其在实际电解水制氢设备中的应用提供了可能性。
Ruirui Song, Jiuhui Han, 等人。通过高温液态金属脱合金法制备超细纳米多孔互金属催化剂用于电化学制氢。Nature Communications. 2022年发表。DOI: 10.1038/s418-1。
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