氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。科学家将目标瞄准了氢能源，试图研发出高效水解制氢方法。
能否制备高电流密度（≥1 A·cm–2）的水电解催化剂，尤其是海水分解电催化剂，这是制约大规模工业制氢应用的关键因素。然而，由于一般情况下催化剂中缺乏活性和稳定的固有催化活性位点，达到高电流密度仍然是一个巨大的挑战。
近日，中南大学的研究团队报道了一种高效水解制氢的催化剂，相关研究论文以“Interfacial sp C–O–Mo Hybridization Originated High-Current Density Hydrogen Evolution”为题发表在国际著名学术期刊JACS上。
在此，研究人员报告了一种原始的三维自支撑石墨二炔/氧化钼 (GDY/MoO3 ) 材料，通过设计界面上“sp型C-O-Mo杂化”的合理设计，用于高效的析氢反应。“sp型C-O-Mo杂化”创造了新的内在催化活性位点（非氧空位）并增加了活性位点的数量（相比纯 的MoO3材料）。
图 1. GDY-MoO3催化剂界面键合的DFT预测：(a)石墨炔-MoO3和石墨烯-MoO3的最佳原子结构（红色双向箭头代表碳材料与 MoO3簇之间的距离，单位：埃); (b) 计算了 GDY、MoO3和 GDY-MoO3上的H2O 吸附能（插图：相应的原子结构）。
“sp C-O-Mo 杂化”促进电荷转移并促进 H2O分子的解离过程，从而在碱性电解质中以高电流密度 (>1.2A·cm–2 )获得出色的 HER 活性和良好的活性和在天然海水中稳定。
图2.合成和GDY的结构表征/的MoO 3：（A，B）示意性说明用于合成（a）和GDY /的MoO的光学图像（B）3 ; (c) GDY/MoO 3 的高角度环形暗场(HAADF)图像；(d) GDY/MoO 3 的透射电子显微镜 (TEM) 图像（插图：颗粒分布）；(e) GDY/MoO 3的高分辨率透射电子显微镜 (HRTEM) 图像；(f) GDY、GDY/MoO 3 的拉曼光谱（插图：所选区域的放大）；(g) GDY和GDY/MoO 3的CK边缘的X射线吸收近边缘结构(XANES) ；(h) MoO 3的 O 1s 的 X 射线光电子能谱 (XPS) 测量和 GDY/MoO 3。
团队的研究结果表明，高电流密度电催化剂可以通过界面化学键工程、三维结构设计和亲水性优化来实现，由此可制备出高效能的“sp型C-O-Mo杂化”催化剂
文献链接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c02831
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