济南大学周伟家教授、阿卜杜拉国王科技大学张华彬教授Nature Communications: 动态构建耐久外延催化层助力工业级碱性水分解

优化催化剂-电解质界面结构对于提升电化学碱性析氢反应（HER）性能至关重要，传统方法通常侧重于调控固体电极表面活性位点上反应物、中间体及离子的吸附与解吸热力学能垒，然而双电层结构会影响中间体浓度、吸附能及表面反应动力学。济南大学周伟家教授、阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）张华彬教授合作在Nature Communications期刊发表题为“Dynamic construction of a durable epitaxial catalytic layer for industrial alkaline water splitting”的研究论文，济南大学/KAUST常彬、济南大学刘晓燕、KAUST/华东师范大学左守伟为论文共同第一作者，周伟家、张华彬为论文共同通讯作者。同时，该论文也被Nature Catalysis撰文推荐“Dynamic and durable”（https://doi.org/10.1038/s41929-025-01422-6）。

该研究针对碱性析氢反应动力学缓慢与催化剂稳定性不足的核心问题，提出在NiMoO₄表面通过电化学合成动态构建枝晶状Ni(OH)₂外延层的创新策略，形成“核-壳”结构以同步优化催化剂界面双电层与材料稳定性。该外延层可作为有效保护屏障，既能抑制钼的溶出，又能提升材料稳定性。此优化策略可增强局部电场，进而提高外亥姆霍兹层内水合钾离子的浓度。最终，优化界面氢键网络，进而加快反应动力学。在工业级碱性电解槽中，优化的材料在0.45 A cm^-2电流密度下可稳定运行1400小时。

【文章亮点】

①动态构建外延氢氧化层：在NiMoO₄表面动态构建了一层致密的Ni(OH)₂外延层，有效抑制钼溶出，提升材料稳定性；

②界面电场与氢键网络优化：外延层增强了局部电场，提高了外亥姆霍兹层中水合钾离子浓度，优化了界面氢键网络，加速了水分子解离和反应动力学；

③工业级高电流密度稳定运行：在工业碱性电解槽中，该催化剂在0.45 A cm^-2下稳定运行1400小时，展现出优异的工业应用潜力。

【文献信息】

Chang, B., Liu, X., Zuo, S. et al. Dynamic construction of a durable epitaxial catalytic layer for industrial alkaline water splitting. Nat. Commun., 2025, 16, 7959.

https://doi.org/10.1038/s41467-025-63361-x