碳化鉬（Mo2C）是過渡金屬鉬的一種典型化合物，其因有類似于鉑的電子結(jié)構(gòu)，而在電解水催化領(lǐng)域備受關(guān)注。不過，鉬的未被占據(jù)的d軌道使得Mo-H鍵較強(qiáng)，而不利于Mo2C表面的氫脫附，這使它的催化性能不及貴金屬的析氫催化劑。除此之外，Mo2C在析氧條件下還不穩(wěn)定，極易氧化形成氧化物或氫氧化物并進(jìn)一步溶解在電解液中。上述的種種因素，導(dǎo)致鉬碳化物電解水催化劑在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域受到了限制。
為了解決上述的問題，吉林大學(xué)李楠教授團(tuán)隊(duì)采用了構(gòu)建鈷/碳化鉬（Co/Mo2C）異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方式來提高M(jìn)o2C的電解水催化性能。研究表明，在Co/Mo2C異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，鈷的多余電子可以通過界面向碳化鉬轉(zhuǎn)移，填充鉬的反鍵軌道，減弱Mo-H鍵，利于表面吸附氫的脫附，從而提升析氫催化性能。此外，鈷還可以通過一種“自犧牲”的方法來保護(hù)Mo2C在析氧條件下不被氧化。該催化劑的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：
結(jié)構(gòu)表征證明了合成的催化劑的晶粒尺寸約為5-20nm，有碳化鉬/鈷相伴生的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，松散多孔，能增加與電解液的接觸面積。
析氫測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在1 M KOH中該催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。在達(dá)到10 mA/cm2的電流密度時(shí)，該催化劑所需過電位僅為98 mV，超過了大部分已有的Mo2C催化劑，并在48小時(shí)內(nèi)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
析氧測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在1 M KOH中該催化劑表現(xiàn)出良好的析氧性能。在達(dá)到10 mA/cm2的電流密度時(shí)，該催化劑所需過電位僅為254 mV，并具有良好的穩(wěn)定性。此外，樣品中的鈷已經(jīng)被完全氧化為羥基氧化鈷而碳化鉬卻未被氧化，則說明鈷通過“自犧牲”的方法來防止碳化鉬被氧化。
