论文DOI：10.1016/j.apcatb.2022.121666 开发低成本、高效的大电流密度非贵金属HER电催化剂是大规模工业化制氢的研究趋势之一，但其仍具有一定的挑战性。基于此，我们设计了一种具有“钴/氧化钴/钼酸钴/泡沫镍”多级串联结构的电催化剂（Co/CoO/CoMoO3），其中原位还原得到的Co与CoO高度分散于CoMoO3并被其所稳定。这种新颖的串联结构中，CoO的强羟基吸附能力和Co单质适中的氢吸附能力分别有利于水的解离和氢的结合产生氢气，二者的协同作用共同促进了HER的发生。所得催化剂在碱性和中性介质中实现1.3 A cm-2的电流密度仅需173mV和379mV的低过电位，并在1M KOH电解液中500 mA cm-2的电流密度下保持超过400小时的稳定性。此外，在MEA电解槽中，Co/CoO/CoMoO3在10A的总电流下保持超过800小时的全水分解稳定性，表现出了优异的催化活性和长程稳定性。电解水制氢是一种绿色环保、方便快捷和有巨大发展潜力的可持续制氢方式。而制备具有高活性、高稳定性且高电流密度（析氢电流密度≥500mA cm-2）的廉价金属催化剂对于工业应用具有重要意义。近日，来自浙江大学化学系的王勇教授（通讯作者）在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental上发表题为“Multi-hierarchical cobalt-based electrocatalyst towards high rate H2 production”的研究论文。该工作报道了一种具有“金属/金属氧化物/钼酸盐/集流体”多级串联结构的钴基电催化剂用于大电流析氢反应。紧密结合的多层级串联结构及原位还原出具有协同效应的金属/金属氧化物活性相共同促进水分解及氢析出，实现了碱性及中性介质下的大电流密度HER反应。通过原位水热生长及还原所制备的电催化剂Co/CoO/CoMoO3具有多层级串联结构，其高度分散的金属/金属氧化物活性组分及紧密串联结构共同促进了中/碱性条件下大电流密度的析氢反应。通过实验结果和理论计算发现，CoO位点的强OH吸附促进了水的解离，Co位点适宜的H吸附促进了氢的析出。电化学实验测试发现，Co/CoO/CoMoO3不仅在电流密度为10 mA cm-2时表现出超低的HER过电位（9 mV，pH=14），而且达到1.3 A cm-2电流密度时的过电位仅需173mV。在500 mA cm-2长程稳定性测试中表现出了超过400小时的高稳定性。此外，Co/CoO/CoMoO3在pH=7的条件下同样表现出了优异的电催化析氢活性（29 mV，10 mA cm-2；379 mV，1.3 A cm-2），同时实现了两种低质子浓度条件下的快速析氢反应。在更接近工业化的实际体系中进行全水分解测试是评估HER电催化剂的有效手段之一。因此我们进行了MEA电解槽水分解实验。实验结果表明，Co/CoO/CoMoO3与阳极材料组装可实现最高50A的总电流，并在10A的稳定电流下保持了超过800小时的稳定性，表明其具有工业应用的前景。王勇，浙江大学化学系教授，博士生导师，催化研究所所长。国家重点研发计划项目首席科学家，中组部“万人计划”青年拔尖人才及国家优秀青年基金获得者。作为项目负责人先后承担多项国家及省部级项目，如国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目以及浙江省杰出青年基金和重点基金等项目。在Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文150余篇，SCI引用15900余次，H-index 58。获授权国家发明专利40余件。2020，2021年连续入选科睿唯安“全球高被引学者”名单，研究成果荣获2020年度中国石油与化学工业联合会“发明特等奖”及浙江省科学技术奖-技术发明一等奖。https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121666
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