钼铁共掺杂Ni3 S2 纳米棒阵列：高性能双功能催化剂在整体水分解中的应用与机制研究

　　针对贵金属催化剂成本高、效率低的问题，研究人员通过一步水热法在镍铁泡沫基底上构建了Mo-Fe共掺杂Ni3 S2 纳米棒阵列（Mo-Fe-Ni3 S2 /NFF）。该催化剂在碱性介质中表现出卓越的双功能活性，HER和OER过电位分别低至180 mV和275 mV（100 mA cm?2 ），且稳定性超过100小时。组装的全水解系统仅需1.87 V即可实现100 mA cm?2 的电流密度，为绿色氢能开发提供了低成本高效解决方案。

　　

随着化石能源枯竭与环境问题加剧，氢能因其高能量密度和零污染特性成为最具潜力的清洁能源。通过可再生能源驱动的电解水制氢（"绿氢"）技术，是实现碳中和目标的关键路径。然而，该技术面临两大瓶颈：一是析氢反应（HER）和析氧反应（OER）动力学缓慢，需依赖贵金属催化剂（如Pt基和Ru/Ir基材料）；二是现有非贵金属催化剂性能不足，尤其是镍基硫化物Ni₃
S₂
存在氢吸附能过高（HER）和相变能垒大（OER）等缺陷。针对这一挑战，宁波大学与合作单位的研究人员创新性地设计了钼铁共掺杂Ni₃
S₂
纳米棒阵列催化剂，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究采用水热合成、X射线衍射（XRD）和电化学测试等关键技术，通过调控镍铁泡沫（NFF）基底上的Mo-Fe双金属掺杂策略，实现了催化剂电子结构与形貌的协同优化。

材料制备与表征
通过一步水热法在NFF上生长Mo-Fe-Ni₃
S₂
纳米棒阵列。XRD证实成功合成Ni₃
S₂
晶相（PDF#44-1418），拉曼光谱显示Mo-S和Fe-S键的特征峰，表明掺杂原子进入晶格。扫描电镜（SEM）显示纳米棒呈垂直排列结构，比表面积达98.7 m²
g^?1
，为反应提供丰富活性位点。

电化学性能
在1 M KOH溶液中，Mo-Fe-Ni₃
S₂
表现出类Pt的HER活性（η₁₀₀
=180 mV）和接近RuO₂
的OER活性（η₁₀₀
=275 mV）。塔菲尔斜率分析显示HER和OER的动力学势垒分别降至48和52 mV dec^?1
。电化学阻抗谱（EIS）证实Mo掺杂显著提升电荷转移效率，Fe则促进NiOOH活性相形成。

全水解应用
组装的双电极体系仅需1.87 V即可驱动100 mA cm^?2
的电流密度，优于多数报道的非贵金属催化剂。加速老化测试表明，连续运行100小时后性能无衰减，归因于Mo-S键的稳定作用和Fe掺杂抑制的硫流失。

结论与意义
该研究通过Mo-Fe协同掺杂策略，同时优化了Ni₃
S₂
的HER吸附能和OER相变动力学：Mo调节d带中心降低氢吸附自由能（ΔG_H*
≈0），而Fe促进Ni₃
S₂
向高活性NiOOH的转化。纳米棒阵列结构赋予催化剂更大的电化学活性面积（ECSA=32.5 cm²
）和传质效率。这项工作不仅为设计高效双功能催化剂提供了新思路，其简易的制备工艺和优异的稳定性更展现出工业化应用潜力，推动绿氢技术向实际迈进一步。